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KR20190107090A - Hologram Light Detection and Measurement - Google Patents

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KR20190107090A
KR20190107090A KR1020197023754A KR20197023754A KR20190107090A KR 20190107090 A KR20190107090 A KR 20190107090A KR 1020197023754 A KR1020197023754 A KR 1020197023754A KR 20197023754 A KR20197023754 A KR 20197023754A KR 20190107090 A KR20190107090 A KR 20190107090A
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KR
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scene
scanning
hologram
light
computer
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제미슨 크리스마스
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엔비직스 엘티디
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Abstract

제 1 특성을 갖는 광을 출력하도록 배치된 광원을 포함하며 장면을 스캐닝하도록 배치된 광 검출 및 측량 시스템이 개시된다. 공간 광 변조기는 광원으로부터 광을 수신하도록 배치되며 그 상에 표현된 컴퓨터 생성 홀로그램에 따라 공간 변조된 광을 출력하도록 배치된다. 홀로그램 제어기는 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램을 상기 공간 광 변조기로 출력하도록 배치된다. 각각의 컴퓨터 생성 홀로그램이 장면 내에서 대응하는 광 푸트프린트(light footprint)를 형성하도록 배치된다. 홀로그램 제어기는 장면 내에서 광 푸트프린트의 위치를 변경하도록 배치된다. 광 검출기는 장면으로부터 제 1 특성을 갖는 광을 수신하며 광 응답 신호를 출력하도록 배치된다. 실시예들에서, 복수의 제1 홀로그램들은 장면 내에서 제1 스캐닝을 제공하도록 배치되고, 홀로그램 제어기는 제1 스캐닝에 응답하여 제1 광 응답 신호를 수신하여 광 응답 신호의 속성을 기초로 복수의 제2 홀로그램을 결정하도록 배치된다.A light detection and surveying system is disclosed that includes a light source arranged to output light having a first characteristic and arranged to scan a scene. The spatial light modulator is arranged to receive light from the light source and to output spatially modulated light according to the computer generated hologram represented thereon. The hologram controller is arranged to output a plurality of computer generated holograms to the spatial light modulator. Each computer-generated hologram is arranged to form a corresponding light footprint in the scene. The hologram controller is arranged to change the position of the optical footprint within the scene. The light detector is arranged to receive light having a first characteristic from the scene and to output a light response signal. In embodiments, the plurality of first holograms are arranged to provide a first scanning in the scene, and the hologram controller receives the first light response signal in response to the first scanning to generate a plurality of first holograms based on the attributes of the light response signal. It is arranged to determine the second hologram.

Description

홀로그램 광 검출 및 측량Hologram Light Detection and Measurement

본 발명은 광 프로젝터에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 홀로그래픽 프로젝터, 홀로그래픽 프로젝션 시스템, 프로젝터를 제어하는 방법 및 홀로그래픽 프로젝션 시스템을 제어하는 방법에 관한 것이다. 실시예들은 광 검출 및 측량 시스템에 관한 것이다. 몇몇 실시예들은 광 검출 및 측량 방법에 관한 것이다. 몇몇 실시예들은 광 검출 및 측량 시스템에서 광 푸트프린트(footprint)를 제어하는 방법에 관한 것이다. 몇몇 실시예들은 컴퓨터 제어된 광 푸트프린트로 장면을 스캐닝 하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an optical projector. More specifically, the present invention relates to a holographic projector, a holographic projection system, a method of controlling a projector and a method of controlling a holographic projection system. Embodiments relate to a light detection and surveying system. Some embodiments relate to light detection and measurement methods. Some embodiments are directed to a method of controlling an optical footprint in a light detection and surveying system. Some embodiments are directed to a method of scanning a scene with a computer controlled optical footprint.

물체에서 산란된 광은 진폭 및 위상 정보를 포함한다. 이러한 진폭 및 위상 정보는 예컨대 잘 알려진 간섭 기술에 의해 감광성 플레이트 상에 캡쳐 되어 홀로그래픽 기록 또는 간섭 줄무늬를 포함하는 "홀로그램"을 형성할 수 있다. 홀로그램은 원 객체를 나타내는 2 차원 또는 3 차원 홀로그래픽 재구성(reconstruction) 또는 재생(replay) 이미지를 형성하기에 적절한 광을 조사함으로써 구성될 수 있다.Light scattered from the object includes amplitude and phase information. Such amplitude and phase information can be captured, for example, on photosensitive plates by well-known interference techniques to form "holograms" comprising holographic recordings or interference stripes. The hologram may be constructed by irradiating light appropriate to form a two-dimensional or three-dimensional holographic reconstruction or replay image representing the original object.

컴퓨터 생성 홀로그래피(computer-generated holography)는 수치적으로 간섭 프로세스(interference process)를 시뮬레이션 할 수 있다. 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH)는 프레넬(Fresnel) 또는 푸리에(Fourier) 변환과 같은 수학적 변환에 기초한 기술에 의해 계산될 수 있다. 이러한 유형의 홀로그램은 프레넬 또는 푸리에 홀로그램으로 지칭될 수 있다. 푸리에 홀로그램은 객체의 푸리에 도메인 표현 또는 객체의 주파수 도메인 표현으로 간주될 수 있다. CGH는 또한 예컨대 가간섭성 광선 추적(coherent ray tracing) 또는 포인트 클라우드 기법(point cloud technique)에 의해 계산될 수 있다.Computer-generated holography can numerically simulate the interference process. Computer-generated holograms (CGH) can be calculated by techniques based on mathematical transformations such as Fresnel or Fourier transforms. Holograms of this type may be referred to as Fresnel or Fourier holograms. A Fourier hologram can be considered as a Fourier domain representation of an object or a frequency domain representation of an object. CGH can also be calculated by, for example, coherent ray tracing or point cloud technique.

CGH는 입사광의 진폭 및/또는 위상을 변조하도록 형성된 공간 광 변조기(SLM) 상에 인코딩 될 수 있다. 광 변조는 예컨대 전기적으로 어드레스 가능한 액정, 광학적으로 어드레스 가능한 액정 또는 마이크로 미러를 사용하여 달성될 수 있다.The CGH can be encoded on a spatial light modulator (SLM) configured to modulate the amplitude and / or phase of incident light. Light modulation can be achieved, for example, using electrically addressable liquid crystals, optically addressable liquid crystals or micromirrors.

SLM은 셀들(cells) 또는 요소들(elements)로 지칭될 수 있는 복수의 개별적으로 어드레싱 가능한 픽셀들을 포함할 수 있다. 광 변조 방식은 이진(binary), 다중 레벨(multilevel) 또는 연속(continuous)일 수 있다. 대안적으로, 이 장치는 연속적일 수 있으며(즉, 픽셀로 구성되지 않은), 이에 따라 광 변조는 장치 전체에 걸쳐서 연속적일 수 있다. SLM은 변조 광이 SLM으로부터 반사되어 출력된다는 점에서 반사형(reflective)일 수 있다. SLM은 변조 광이 SLM을 투과하여 출력된다는 점에서 투과형(transmissive)일 수도 있다.The SLM may include a plurality of individually addressable pixels, which may be referred to as cells or elements. The light modulation scheme may be binary, multilevel, or continuous. Alternatively, the device may be continuous (ie not composed of pixels), and thus light modulation may be continuous throughout the device. The SLM may be reflective in that modulated light is reflected from the SLM and output. The SLM may be transmissive in that modulated light is output through the SLM.

상기 기술을 이용하여 화상을 투영하는 홀로그래픽 프로젝터가 제공될 수 있다. 이러한 프로젝터는 예컨대 헤드업 디스플레이(HUD) 및 근안 장치를 포함하는 헤드마운트 디스플레이(HMD)에 적용되고 있다.A holographic projector can be provided that projects an image using the above technique. Such projectors are being applied, for example, to head mounted displays (HMDs) including head up displays (HUDs) and near eye devices.

본 발명의 양태들은 첨부된 독립 청구항들에서 정의된다.Aspects of the invention are defined in the appended independent claims.

복수의 컴퓨터 생성 홀로그램을 공간 광 변조기에 출력하고 제1 특성을 갖는 광으로 공간 광 변조기를 조명함으로써 공간 변조된 광으로 장면을 조명하는 단계를 포함하는 광 검출 및 측정 방법이 제공된다. 각각의 홀로그램은 장면 내에서 대응하는 광 푸트프린트를 형성하도록 배열된다. 상기 방법은 상기 장면 내의 상기 광 푸트프린트를 이동시키는 단계를 더 포함 할 수 있다. 상기 방법은 또한 상기 장면으로부터 반사된 공간 변조된 광을 수신하는 단계를 포함 할 수 있다.A method of detecting and measuring light is provided that includes illuminating a scene with spatially modulated light by outputting a plurality of computer generated holograms to a spatial light modulator and illuminating the spatial light modulator with light having a first characteristic. Each hologram is arranged to form a corresponding optical footprint in the scene. The method may further comprise moving the optical footprint in the scene. The method may also include receiving spatially modulated light reflected from the scene.

본 발명에 따르면, 광 푸트프린트는 장면의 일부분으로부터 장면의 다른 부분까지 비연속적인(discrete) 이동을 달성 할 수 있다. 특히 광 푸트프린트는 장면 내에서 즉각적으로 재배치 될 수 있다. 광 푸트프린트는 장면의 제1 지점에서 장면의 제2 지점으로 순간적으로 이동(jump)될 수 있다. 이것은 동적 홀로그래피를 사용하여 광 푸트프린트를 형성함으로써 달성된다. 이 방법은 광 푸트프린트의 크기, 모양, 방향 및/또는 위치를 동적으로 변경하는 데 사용될 수 있다.In accordance with the present invention, the optical footprint can achieve discrete movement from a portion of the scene to another portion of the scene. In particular, the optical footprint can be rearranged immediately within the scene. The optical footprint may be instantaneously jumped from the first point of the scene to the second point of the scene. This is accomplished by forming an optical footprint using dynamic holography. This method can be used to dynamically change the size, shape, orientation and / or position of the optical footprint.

상기 방법은 장면 내 의 영역의 인터리빙된 스캐닝 수행하기 위해 상기 장면의 둘 이상의 영역 사이에서 상기 공간 변조된 광을 전후방으로 동시키는 단계를 더 포함 할 수 있다.The method may further comprise moving the spatially modulated light back and forth between two or more regions of the scene to perform interleaved scanning of regions within the scene.

상기 방법은 다음의 스캐닝을 어떻게 그리고 어디서 수행할 지를 결정하기 위해 광 검출기로부터의 피드백을 사용하는 장면에 대한 지능형 스캐닝을 하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이는 메모리로부터 적어도 하나의 컴퓨터 생성 홀로그램을 선택하는 단계 또는 수신된 신호에 기초하여 실시간으로 적어도 하나의 컴퓨터 생성 홀로그램을 계산하는 단계를 포함하는 적어도 하나의 컴퓨터 생성 홀로그램을 계산하는 단계를 포함 할 수 있다.The method may further comprise intelligent scanning of the scene using feedback from the photo detector to determine how and where to perform the next scanning. This may include selecting at least one computer generated hologram from a memory or calculating at least one computer generated hologram comprising calculating at least one computer generated hologram in real time based on the received signal. .

본 명세서에서, "광 푸트프린트"이라는 용어는 각 홀로그램에 의해 장면 내에 형성된 조명 패턴을 지칭하는데 사용된다. 따라서, 광 푸트프린트는 장면 내에서 광이 있는 영역이다. 상기 광은 펄스화 될 수 있다. 상기 광은 그 영역에 걸쳐 균일 한 밝기를 가질 수 있다. 상기 광 푸트프린트는 크기, 모양 및 방향으로 특징 지어 질 수 있다. 본 명세서에 개시된 광 검출 및 측량 시스템은 장면 내에서 가변 및/또는 이동하는 광 푸트프린트의 시간 순서를 형성하는데 사용될 수 있다. 바람직하게는, 본 명세서에 개시된 동적 재구성 가능한 홀로그래픽 기술은 실시간으로 광 푸트프린트 및 광 푸트프린트의 파라미터를 제어하는데 사용될 수 있다.In this specification, the term “light footprint” is used to refer to an illumination pattern formed in a scene by each hologram. Thus, the optical footprint is the area where there is light in the scene. The light can be pulsed. The light may have uniform brightness over its area. The optical footprint can be characterized in size, shape and orientation. The light detection and surveying system disclosed herein can be used to form a time sequence of optical footprints that vary and / or move within a scene. Preferably, the dynamic reconfigurable holographic techniques disclosed herein can be used to control the optical footprint and the parameters of the optical footprint in real time.

"홀로그램"이라는 용어는 객체에 대한 진폭 정보 또는 위상 정보, 또는 그들의 몇몇 조합들을 포함하는 기록물을 지칭하는 데 사용된다. "홀로그래픽 재구성(holographic reconstruction)"이란 용어는 홀로그램을 조사하여 형성되는 물체의 광학적 재구성을 가리키는 용어이다. "재생 평면(replay plane)"라는 용어는 본 명세서에서 홀로그래픽 재구성이 완전히 형성된 공간 상의 평면을 가리키는데 사용된다. The term "hologram" is used to refer to a recording that includes amplitude information or phase information about an object, or some combination thereof. The term "holographic reconstruction" refers to the optical reconstruction of an object formed by illuminating a hologram. The term "replay plane" is used herein to refer to a plane on space in which the holographic reconstruction is fully formed.

"인코딩(encoding)", "기록(writing)"또는 "어드레싱(addressing)"이라는 용어는 각 픽셀의 변조 레벨을 각각 결정하는 복수의 제어 값에 대해 SLM의 복수의 픽셀을 제공하는 프로세스를 기술하는데 사용된다. SLM의 픽셀들은 복수의 제어 값을 수신하는 것에 응답하여 광 변조 분포(light modulation distribution)를 "표시(display)"하도록 구성 될 수 있다.The terms "encoding", "writing" or "addressing" describe the process of providing a plurality of pixels of the SLM for a plurality of control values that each determine the modulation level of each pixel. Used. The pixels of the SLM may be configured to “display” a light modulation distribution in response to receiving a plurality of control values.

"광"이라는 용어는 본 명세서에서 가장 넓은 의미로 사용된다. 실시예들은 가시 광선, 적외선 및 자외선, 및 이들의 임의의 조합에 동일하게 적용 가능하다.The term "light" is used herein in its broadest sense. Embodiments are equally applicable to visible light, infrared light and ultraviolet light, and any combination thereof.

실시예들은 단지 예시로서 단색인 광 푸트프린트를 기술한다. 실시예들에서, 광 푸트프린트는 다색 광 푸트프린트다. 실시예들에서, 복합 컬러 광 푸트프린트는 복수의 단일 컬러 광 푸트프린트를 조합함으로써 제공된다. 실시예들에서, 복수의 단일 컬러 컴퓨터 생성 홀로그램이 각각의 합성 컬러 광 푸트프린트를 형성하는데 사용될 수 있다. 이러한 파장의 다양성은 처리량을 증가시킬 수 있다.Embodiments describe, as an example, an optical footprint that is monochromatic. In embodiments, the optical footprint is a multicolor optical footprint. In embodiments, a composite color light footprint is provided by combining a plurality of single color light footprints. In embodiments, a plurality of single color computer generated holograms may be used to form each composite color light footprint. This variety of wavelengths can increase throughput.

실시예들은 단지 예시로서 1D 및 2D 광 푸트프린트를 기술한다. 다른 실시예들에서, 광 푸트프린트는 3D 광 푸트프린트다. 즉, 실시예들에서, 각각의 컴퓨터 생성 홀로그램은 3D 홀로그래픽 재구성을 형성한다. Embodiments describe 1D and 2D optical footprints only as examples. In other embodiments, the optical footprint is a 3D optical footprint. That is, in embodiments, each computer generated hologram forms a 3D holographic reconstruction.

구체적인 실시예들은 다음의 도면을 참조하여 단지 예로서 설명된다:
도 1은 스크린 상에 홀로그래픽 재구성을 생성하는 반사형 SLM을 나타내는 개략도이다.
도 2a는 예시적인 Gerchberg-Saxton 타입 알고리즘의 제1 반복을 도시한다.
도 2b는 Gerchberg-Saxton 형 알고리즘의 두 번째 및 후속 반복을 도시한다.
도 3은 반사형 LCOS SLM의 개략도이다.
도 4는 실시예에 따른 라이다 시스템을 도시한다.
도 5는 제1 그룹의 실시예들에 따른 라이다 시스템을 도시한다.
도 6은 제1 그룹의 실시예에 따른 스캐닝 라이다 시스템을 도시한다.
도 7a, 7b, 7c 및 7d는 제1 그룹의 실시예에 따른 예시적인 제1 광 푸트프린트 및 제2 광 푸트프린트를 도시한다.
도 8은 제2 그룹의 실시예에 따른 인터리빙된 홀로그램을 사용하는 라이다 시스템을 도시한다.
도 9는 제2 그룹의 실시예에 따른 인터리빙된 홀로그램에 대한 대안적인 구성을 도시한다.
도 10은 제2 그룹의 실시예에 따라 상이한 방향으로 장면의 상이한 영역을 스캐닝하기 위한 인터리빙된 홀로그램을 도시한다.
도 11은 제2 그룹의 실시예에 따라 제1 크기인 제1 광 푸트프린트 및 제1 크기보다 작은 제2 크기인 제2 광 푸트프린트를 형성하는 인터리빙된 홀로그램을 도시한다.
도 12는 제3 그룹의 실시예들에 따라 광 검출기로부터 수신된 신호를 기초로 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램을 결정하기 위한 피드백 시스템을 도시한다.
도 13a, 13b, 13c 및 13d는 제3 그룹의 실시예에 따른 예시적인 제1 및 제2 스캐닝을 도시한다.
도 14는 각도 확대 시스템의 예를 도시한다.
도 15는 실시예들에 따른 객체의 검출 및 측정 방법을 도시한다.
도면들에서, 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 부분을 지칭한다.
Specific embodiments are described by way of example only with reference to the following drawings:
1 is a schematic diagram illustrating a reflective SLM that creates a holographic reconstruction on a screen.
2A shows a first iteration of an exemplary Gerchberg-Saxton type algorithm.
2B shows the second and subsequent iterations of the Gerchberg-Saxton type algorithm.
3 is a schematic of a reflective LCOS SLM.
4 illustrates a lidar system according to an embodiment.
5 illustrates a lidar system according to embodiments of the first group.
6 illustrates a scanning lidar system according to a first group of embodiments.
7A, 7B, 7C, and 7D illustrate exemplary first optical footprints and second optical footprints according to embodiments of the first group.
8 illustrates a lidar system using interleaved holograms according to a second group of embodiments.
9 shows an alternative configuration for interleaved holograms according to a second group of embodiments.
10 illustrates an interleaved hologram for scanning different areas of the scene in different directions according to the second group of embodiments.
FIG. 11 illustrates an interleaved hologram forming a first optical footprint having a first size and a second optical footprint having a second size smaller than the first size, according to an embodiment of the second group.
12 illustrates a feedback system for determining a plurality of computer generated holograms based on a signal received from a photo detector in accordance with a third group of embodiments.
13A, 13B, 13C, and 13D illustrate exemplary first and second scanning in accordance with a third group of embodiments.
14 shows an example of an angle magnification system.
15 illustrates a method of detecting and measuring an object according to embodiments.
In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar parts.

본 발명은 다음에 설명되는 구성에 제한되지 않으며, 첨부된 청구 범위의 전체 범위로 확장된다. 즉, 본 발명은 다른 형태로 실시될 수 있으며 설명을 위하여 제시된 기술 내용의 구성에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.The invention is not limited to the configurations described below, but extends to the full scope of the appended claims. That is, the present invention may be embodied in other forms and should not be construed as limited to the construction of the technical content presented for the purpose of explanation.

단수 형태의 용어는 달리 명시되지 않는 한 복수 형태를 포함 할 수 있다.Terms in the singular form may include the plural form unless otherwise specified.

다른 구조물의 상부/하부 또는 상/하에 형성된 구조물이라고 기술된 경우, 구조물들이 서로 접촉하는 경우 및 제3의 구조물이 그 사이에 배치되는 경우를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.When described as structures formed above / below or above / below other structures, it should be construed to include cases in which structures are in contact with each other and cases in which third structures are disposed therebetween.

시간 관계를 기술함에 있어서, 사건의 시간 순서가 예를 들어 "후", "후속", "다음", "전" 등으로 기술될 때, 본 개시는 별도로 규정하지 않는 한은 연속적 및 비연속적 사건을 포함하는 것으로 간주되어야 한다. 예를 들어, 그 기재가 “막(just)”“바로(immediate)”또는 “직접(direct)”라는 기재가 사용되지 않는 한, 비연속적 경우를 포함하는 것으로 간주되어야 한다. In describing a temporal relationship, when the time sequence of events is described, for example, "after", "following", "next", "before", and the like, the present disclosure shall describe continuous and discontinuous events unless otherwise specified. Should be considered to include. For example, the description should be considered to include discontinuous cases unless the description “just” “immediate” or “direct” is used.

"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 요소를 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있지만, 이러한 요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이 용어는 하나의 요소를 다른 요소와 구별하기 위해서만 사용된다. 예를 들어, 제1요소는 제2요소로 지칭될 수 있고, 유사하게, 제2요소는 첨부된 청구 범위를 벗어남 없이 제1요소로 지칭될 수 있다.Terms such as "first", "second", and the like may be used herein to describe various elements, but such elements are not limited by these terms. This term is only used to distinguish one element from another. For example, the first element may be referred to as a second element, and similarly, the second element may be referred to as a first element without departing from the scope of the appended claims.

상이한 구성의 특징들은 부분적으로 또는 전체적으로 서로 연결되거나 결합될 수 있으며, 다양한 형태로 서로 상호 작용할 수 있다. 어떤 구성은 서로 독립적으로 수행될 수도 있고, 서로 연계되어 함께 수행될 수도 있다.Features of different configurations may be partly or wholly connected or combined with each other, and may interact with each other in various forms. Certain configurations may be performed independently of one another, or may be performed in conjunction with one another.

수용 가능한 품질의 홀로그래픽 재구성은 원래의 객체와 관련된 위상 정보만을 포함하는 "홀로그램"으로부터 형성될 수 있음이 밝혀졌다. 이러한 홀로그래픽 기록은 위상-한정 홀로그램으로 지칭될 수 있다. 실시예들은 단지 예시적으로 위상-한정 홀로그램에만 관련된다. 즉, 실시예들에서, 공간 광 변조기는 입사광에 위상 지연 분포만을 적용한다. 실시예들에서, 각 픽셀에 의해 적용되는 위상 지연은 다중 레벨이다. 즉, 각각의 픽셀은 이산화된 수(discrete number)로 이루어진 위상 레벨들 중 하나로 설정 될 수 있다. 실시예들에서, 컴퓨터 생성 홀로그램은 재구성을 위한 객체에 대한 푸리에 변환이다. 이들 실시예에서, 홀로그램은 객체에 대한 푸리에 도메인 표현 또는 주파수 도메인 표현인 것으로 볼 수 있다. 도 1은 반사형 SLM을 사용하여 위상-한정 푸리에 홀로그램을 표시하여 재생 필드에서 홀로그래픽 재구성을 생성하는 실시예를 도시한다.It has been found that holographic reconstructions of acceptable quality can be formed from "holograms" that contain only topological information associated with the original object. Such holographic recording may be referred to as phase-limited hologram. Embodiments are only illustratively related to phase-limited holograms. That is, in embodiments, the spatial light modulator applies only a phase delay distribution to incident light. In embodiments, the phase delay applied by each pixel is multiple levels. In other words, each pixel may be set to one of phase levels consisting of discrete numbers. In embodiments, the computer generated hologram is a Fourier transform on the object for reconstruction. In these embodiments, the hologram may be viewed as a Fourier domain representation or frequency domain representation for the object. 1 illustrates an embodiment using a reflective SLM to display a phase-limited Fourier hologram to produce a holographic reconstruction in a playback field.

예컨대 레이저나 레이저 다이오드 같은 광원(110)은 콜리메이팅 렌즈(Collimating Lens, 111)를 통해 SLM(140)에 조사하도록 배치된다. 콜리메이팅 렌즈는 광이 SLM 상에 전체적으로 평면 파면으로 입사되도록 만든다. 파면의 방향은(예컨대, 투명층의 평면 대비 완전 직각으로부터 2˚ 또는 3˚정도 떨어진) 약간 오프노멀(Off-Normal)하다. 이러한 배치는, 광원으로부터 오는 광이 SLM의 후방면의 미러에 반사되며 출사 파면(Exiting Wavefront, 112)을 형성하기 위해 광 변조층과 상호작용하게 한다. 출사 파면(112)은 스크린(125)에 초점이 맞춰진 푸리에 변환 렌즈(120)를 포함하는 광학계에 적용된다. 푸리에 변환 렌즈(120)는 SLM으로부터 출사되는 위상 변조된 광의 빔을 전달받아 스크린(125)에 홀로그래픽 재구성을 생성하기 위해 주파수-공간 변환을 수행한다.For example, a light source 110 such as a laser or a laser diode is arranged to irradiate the SLM 140 through a collimating lens 111. The collimating lens causes the light to enter the plane wavefront as a whole on the SLM. The direction of the wavefront is slightly off-normal (eg, 2 ° or 3 ° away from the full perpendicular to the plane of the transparent layer). This arrangement allows the light from the light source to be reflected in the mirror of the rear face of the SLM and interact with the light modulation layer to form an exiting wavefront 112. The exit wavefront 112 is applied to an optical system that includes a Fourier transform lens 120 focused on the screen 125. The Fourier transform lens 120 receives a beam of phase modulated light emitted from the SLM and performs frequency-space conversion to generate a holographic reconstruction on the screen 125.

광은 SLM의 위상-변조 층(즉, 위상 변조 소자들의 어레이)을 가로 질러 입사한다. 위상 변조 층을 지나 출사되는 변조 광은 재생 필드를 가로 질러 분배된다. 특히, 이러한 유형의 홀로그래피에서 홀로그램의 각 픽셀들이 전체 재구성에 관여한다. 즉, 재생 이미지의 특정 지점과 특정 위상 변조 요소 간에는 일대일 상관 관계가 없다.Light is incident across the phase-modulation layer (ie, array of phase modulation elements) of the SLM. Modulated light exiting the phase modulation layer is distributed across the reproduction field. In particular, in this type of holography, each pixel of the hologram is involved in the overall reconstruction. In other words, there is no one-to-one correlation between a particular point in the playback image and a particular phase modulation element.

이 실시예들에서, 공간 상에서의 홀로그래픽 재구성의 위치는 푸리에 변환 렌즈의 광 파워(optical power)에 의해 결정된다. 도 1에 도시된 실시예에서, 푸리에 변환 렌즈는 물리적 렌즈이다. 즉, 푸리에 변환 렌즈는 광학적 푸리에 변환 렌즈이며 푸리에 변환은 광학적으로 수행된다. 다만, 다른 실시예들에서, 푸리에 변환은 홀로그램 데이터 내 렌즈화 데이터(lensing data)를 포함함으로써 컴퓨터 계산적으로도 수행된다. 즉, 홀로그램은 객체를 나타내는 데이터뿐만 아니라 렌즈를 나타내는 데이터를 포함한다. 컴퓨터 생성 홀로그램의 기술 분야에서, 렌즈를 나타내는 홀로그램 데이터를 계산하는 방법은 알려져 있다. 예를 들어, 위상-한정 홀로그래픽 렌즈는 그 굴절률 및 공간적으로 변하는 광학 경로 길이로 인해 렌즈의 각 지점들에서 야기되는 위상 지연을 계산함으로써 형성 될 수 있다. 예를 들어, 볼록 렌즈의 중심에서의 광학 경로 길이는 렌즈의 가장자리에서의 광학 경로 길이보다 크다. 진폭-한정 홀로그래픽 렌즈는 프레넬 존 플레이트(Fresnel zone plate)에 의해 형성 될 수 있다. 또한, 컴퓨터 생성 홀로그램의 기술 분야에서, 렌즈를 나타내는 홀로그램 데이터를 객체를 나타내는 홀로그램 데이터와 결합하여 푸리에 변환이 물리적 푸리에 렌즈 없이 수행 될 수 있는 방법이 알려져 있다. 실시예들에서, 렌즈 데이터는 간단한 벡터 가산에 의해 홀로그램 데이터와 결합된다.In these embodiments, the position of the holographic reconstruction in space is determined by the optical power of the Fourier transform lens. In the embodiment shown in FIG. 1, the Fourier transform lens is a physical lens. That is, the Fourier transform lens is an optical Fourier transform lens and the Fourier transform is optically performed. However, in other embodiments, the Fourier transform is also performed computationally by including lensing data in the hologram data. That is, the hologram includes data representing a lens as well as data representing an object. In the art of computer-generated holograms, methods for calculating hologram data representing lenses are known. For example, a phase-limited holographic lens can be formed by calculating the phase delay caused at each point of the lens due to its refractive index and the spatially varying optical path length. For example, the optical path length at the center of the convex lens is greater than the optical path length at the edge of the lens. Amplitude-limited holographic lenses can be formed by Fresnel zone plates. In addition, in the field of computer-generated holograms, it is known how Fourier transforms can be performed without physical Fourier lenses by combining hologram data representing a lens with hologram data representing an object. In embodiments, lens data is combined with hologram data by simple vector addition.

대안적으로, 다른 실시예들에서, 홀로그래픽 재구성이 파-필드(far-field)에서 발생하도록 푸리에 변환 렌즈는 모두 생략된다. 다른 실시예에서, 홀로그램은 그레이팅(grating) 데이터, 즉 빔 배향(beam steering)과 같은 그레이팅의 기능을 수행하도록 형성된 데이터를 포함할 수 있다. 다시, 컴퓨터 생성 홀로그램 분야에서 그러한 홀로그램 데이터를 계산하고 이것을 객체를 나타내는 홀로그램 데이터와 결합시키는 방법은 알려져 있다. 예를 들어, 위상-한정 홀로그래픽 그레이팅은 블레이즈된(brazed) 그레이팅의 표면 상의 각 포인트에 의해 야기된 위상 지연을 모델링함으로써 형성될 수 있다. 진폭-한정 그레이팅은 진폭-한정 홀로그램에 간단히 중첩(superimposed)되어 홀로그래픽 재구성의 각도 배향(angular steering)을 제공할 수 있다.Alternatively, in other embodiments, all Fourier transform lenses are omitted so that holographic reconstruction occurs in the far-field. In another embodiment, the hologram may include grating data, ie, data configured to perform the function of grating, such as beam steering. Again, methods of computing such hologram data in the field of computer generated holograms and combining them with hologram data representing objects are known. For example, phase-limited holographic gratings can be formed by modeling the phase delay caused by each point on the surface of the blazed grating. Amplitude-limited gratings can simply be superimposed on the amplitude-limited hologram to provide angular steering of the holographic reconstruction.

2D 이미지의 푸리에 홀로그램은 게르흐버그-섹스톤(Gerchberg-Saxton)알고리즘과 같은 알고리즘을 사용하는 것을 포함하여 여러 가지 방법으로 계산 될 수 있습니다. 게르흐버그-섹스톤 알고리즘은 공간 도메인 내 진폭 정보(예 : 2D 이미지)로부터 푸리에 도메인의 위상 정보를 유도하는 데 사용될 수 있다. 즉, 객체에 관한 위상 정보는 공간영역 내의 강도 또는 진폭 한정 정보로부터 "얻어질(retrieved)" 수 있다. 따라서, 객체에 대한 위상-한정 푸리에 변환이 계산될 수 있다.Fourier holograms in 2D images can be calculated in several ways, including using algorithms such as the Gerchberg-Saxton algorithm. The Gerchberg-Sexton algorithm can be used to derive the Fourier domain phase information from amplitude information (eg 2D images) in the spatial domain. That is, the phase information about the object may be "retrieved" from the intensity or amplitude limitation information in the spatial domain. Thus, the phase-limited Fourier transform for the object can be calculated.

실시예들에서, 컴퓨터 생성 홀로그램은 게르흐버그-섹스톤 알고리즘 또는 그 변형 알고리즘을 이용하여 진폭 정보로부터 계산된다. 게르흐버그-색스톤 알고리즘은, 각각의 평면 A와 B에서 광빔(light beam) IA(x, y) 및 IB(x, y)의 강도 단면(intensity cross-sections)이 각각 단일 푸리에 변환으로 상호 연관되어 있는 상황을 고려한다. 주어진 강도 단면에서, 평면 A 및 B에서의 각각의 위상 분포에 대한 근사치인 ΨA(x, y) 및 ΨB(x, y) 가 구해진다. 게르흐버그-색스톤 알고리즘은 반복 프로세스(iterative process)를 따름으로써 이 문제에 대한 해결책을 찾는다. In embodiments, computer-generated holograms are calculated from amplitude information using the Gerchberg-Sexton algorithm or its deformation algorithm. The Gerchberg-Saxton algorithm has a single Fourier transform of the intensity cross-sections of light beams I A (x, y) and I B (x, y) in each plane A and B, respectively. Consider interrelated situations. For a given intensity cross section, approximate values for Ψ A (x, y) and Ψ B (x, y) are obtained for the respective phase distributions in planes A and B. The Gerburg-Saxton algorithm finds a solution to this problem by following an iterative process.

게르흐버그-색스톤 알고리즘은 공간 영역과 푸리에(스펙트럼 또는 주파수) 영역 사이에서 IA(x, y) 및 IB(x, y)를 대표하는 데이터 세트(진폭 및 위상)를 반복적으로 전달하면서(repeatedly transferring) 공간적 및 스펙트럼 제약(constraints)을 반복적으로 적용한다. 공간 및 스펙트럼 제약 조건은 각각 IA(x, y) 및 lB(x, y)이다. 공간 또는 스펙트럼 영역의 제약 조건은 데이터 세트의 진폭에 부여된다. 해당 위상 정보는 일련의 반복을 통해 얻어진다.The Gerchberg-Saxton algorithm repeatedly passes data sets (amplitude and phase) representing I A (x, y) and I B (x, y) between the spatial domain and the Fourier (spectrum or frequency) domain. (repeatedly transferring) Apply spatial and spectral constraints repeatedly. Spatial and spectral constraints are I A (x, y) and l B (x, y), respectively. Constraints in the spatial or spectral region are imposed on the amplitude of the data set. The phase information is obtained through a series of iterations.

실시예들에서, 홀로그램은 영국 특허 제2,498,170 호 또는 제2,501,112 호에 기술 된 바와 같은 Gerchberg-Saxton 알고리즘에 기반한 알고리즘을 사용하여 계산되며, 이는 전체로서 원용되어 본 명세서에 통합된다.In embodiments, the hologram is calculated using an algorithm based on the Gerchberg-Saxton algorithm as described in British Patent 2,498,170 or 2,501,112, which is incorporated herein in its entirety and incorporated herein.

실시예들에 따르면, 게르흐버그-색스톤 알고리즘은 알려진 진폭 정보 T[x, y]를 발생시키는 데이터 세트의 푸리에 변환의 위상 정보 Ψ[u, v]를 검색한다. 진폭 정보 T[x, y]는 대상 이미지(예컨대, 사진)를 나타낸다. 위상 정보 Ψ[u, v]는 이미지 평면에서 대상 이미지의 홀로그래픽 표현을 생성하는 데 사용된다.According to embodiments, the Gerchberg-Saxton algorithm retrieves the phase information Ψ [u, v] of the Fourier transform of the data set that generates known amplitude information T [x, y]. Amplitude information T [x, y] represents a target image (eg a photograph). The phase information Ψ [u, v] is used to generate a holographic representation of the target image in the image plane.

진폭과 위상은 푸리에 변환에서 본질적으로 결합되므로, 변환된 크기(및 위상)에는 계산된 데이터 세트의 정확성에 대한 유용한 정보가 포함된다. 따라서, 알고리즘은 진폭 및 위상 정보 모두에 대한 피드백을 반복적으로 사용할 수 있다.Since amplitude and phase are essentially combined in a Fourier transform, the transformed magnitude (and phase) contains useful information about the accuracy of the calculated data set. Thus, the algorithm can repeatedly use feedback for both amplitude and phase information.

본 발명의 실시예들에 따른 게르흐버그-섹스톤 알고리즘에 기반한 알고리즘의 예시가 도 2를 참조하여 이하에서 설명된다. 이 알고리즘은 반복적이고 수렴적이다. 이 알고리즘은 입력 이미지를 나타내는 홀로그램을 생성하도록 구성된다. 이 알고리즘은 진폭 한정 홀로그램, 위상 한정 홀로그램 또는 완전 복소 홀로그램을 결정하는데 사용될 수 있다. 본 명세서에 기술된 실시예는 단지 예시적으로 위상 한정 홀로그램을 생성하는 것에 관한 것이다. 그림 2A는 알고리즘의 첫 번째 반복을 보여주며 알고리즘의 중요내용을 나타낸다. 도 2b는 알고리즘의 후속 반복을 나타낸다.An example of an algorithm based on the Gerchberg-Sexton algorithm according to embodiments of the present invention is described below with reference to FIG. 2. This algorithm is iterative and convergent. The algorithm is configured to generate a hologram representing the input image. This algorithm can be used to determine amplitude limited holograms, phase limited holograms or fully complex holograms. The embodiments described herein relate only to generating phase limited holograms by way of example. Figure 2A shows the first iteration of an algorithm and highlights the importance of the algorithm. 2B shows the subsequent iteration of the algorithm.

설명을 위해, 진폭 및 위상 정보는 본질적으로(intrinsically) 결합되어 복합 복소 데이터 세트를 형성하난 각각 개별적으로 고찰된다. 도 2a를 참조하면, 알고리즘의 코어는 제1 복소 데이터를 포함하는 입력 및 제 4 복소 데이터를 포함하는 출력을 갖는 것으로 간주될 수 있다. 제1 복소 데이터는 제1 진폭 성분(201) 및 제1 위상 성분(203)을 포함한다. 제 4 복소 데이터는 제 4 진폭 성분(211) 및 제 4 위상 성분(213)을 포함한다.이 예시에서, 입력 이미지는 2 차원이다. 이에, 진폭 및 위상 정보는 파-필드 이미지에서의 공간 좌표(x, y) 및 홀로그램 필드에 대한(u, v)의 함수이다. 즉, 각각의 평면에서의 진폭 및 위상은 각각의 평면에서의 진폭 분포 및 위상 분포이다. 이 제1 번째 반복에서, 제1 진폭 성분(201)은 홀로그램이 계산되는 입력 이미지(210)이다. 이 제1 번째 반복에서, 제1 위상 성분(203)은 단지 알고리즘의 시작점으로 사용되는 랜덤 위상 성분(230)이다. 처리 블록(processing block)(250)은 제1 복소 데이터를 푸리에 변환하여 제2 진폭 성분(미도시) 및 제2 위상 정보(205)를 갖는 제2 복소 데이터를 형성한다. 이 예시에서, 제2 진폭 성분은 폐기되고(discarded) 처리 블록(252)에 의해 제3 진폭 성분(207)으로 교체된다. 다른 예시에서, 처리 블록(252)는 제3 진폭 성분(207)를 생성하기 위해 상이한 기능을 수행한다. 이 예시에서, 제3 진폭 성분(207)은 광원을 나타내는 분포(distribution)이다. 제2 위상 성분(205)은 처리 블록(254)에 의해 양자화되어 제3 위상 성분(209)을 생성한다. 제3 진폭 성분(207) 및 제3 위상 성분(209)은 제3 복소 데이터를 형성한다. 제3 복소 데이터는 처리 블록(256)에 입력되고 이는 역 푸리에 변환을 수행한다. 처리 블록(256)은 제 4 진폭 성분(211) 및 제 4 위상 성분(213)를 갖는 제 4 복소 데이터를 출력한다. 제 4 복소 데이터는 다음 반복(iteration)을 위한 입력을 형성하도록 이용된다. 즉, n 번째 반복의 제 4 복소 데이터는(n+1) 번째 반복의 제1 복소 데이터를 형성하는 데 이용된다.For illustrative purposes, the amplitude and phase information are each considered individually, intrinsically combined to form a complex complex data set. With reference to FIG. 2A, the core of the algorithm may be considered to have an input comprising first complex data and an output comprising fourth complex data. The first complex data includes a first amplitude component 201 and a first phase component 203. The fourth complex data includes a fourth amplitude component 211 and a fourth phase component 213. In this example, the input image is two dimensional. Thus, the amplitude and phase information is a function of the spatial coordinates (x, y) and the (u, v) for the hologram field in the far-field image. That is, the amplitude and phase in each plane are the amplitude distribution and phase distribution in each plane. In this first iteration, the first amplitude component 201 is the input image 210 from which the hologram is calculated. In this first iteration, the first phase component 203 is just the random phase component 230 used as the starting point of the algorithm. Processing block 250 Fourier transforms the first complex data to form second complex data having a second amplitude component (not shown) and second phase information 205. In this example, the second amplitude component is discarded and replaced by the third amplitude component 207 by the processing block 252. In another example, processing block 252 performs different functions to generate third amplitude component 207. In this example, the third amplitude component 207 is a distribution representing the light source. The second phase component 205 is quantized by the processing block 254 to produce a third phase component 209. The third amplitude component 207 and the third phase component 209 form third complex data. The third complex data is input to processing block 256, which performs an Inverse Fourier Transform. Processing block 256 outputs fourth complex data having a fourth amplitude component 211 and a fourth phase component 213. The fourth complex data is used to form an input for the next iteration. That is, the fourth complex data of the n th iteration is used to form the first complex data of the (n + 1) th iteration.

도 2b는 알고리즘의 두 번째 및 그 후속 반복을 도시한다. 처리 블록(250)은 이전 반복의 제 4 진폭 성분(211)으로부터 유도된 제1 진폭 성분(201) 및 이전 반복의 제4 위상 성분에 대응하는 제1 위상 성분(213)를 갖는 제1 복소 데이터를 수신한다.2B shows the second and subsequent iterations of the algorithm. Processing block 250 includes first complex data having a first amplitude component 201 derived from a fourth amplitude component 211 of the previous iteration and a first phase component 213 corresponding to the fourth phase component of the previous iteration. Receive

이 예시에서, 제1 진폭 성분(201)는 이하에서 설명되는 바와 같이 이전 반복의 제4 진폭 성분(211)으로부터 유도된다. 처리 블록(258)은 이전 반복의 제 4 진폭 구성 요소(211)에서 입력 이미지(210)를 감산하여 제 5 진폭 성분(215)을 형성한다. 처리 블록(260)은 이득 계수 a만큼 제 5 진폭 구성 요소(215)를 스케일링(scale, 크기조정)하고 입력 이미지(210)에서 그 것을 감산한다. 이는 다음 방정식에 의해 수학적으로 표현됩니다.In this example, the first amplitude component 201 is derived from the fourth amplitude component 211 of the previous iteration, as described below. Processing block 258 subtracts the input image 210 from the fourth amplitude component 211 of the previous iteration to form the fifth amplitude component 215. Processing block 260 scales the fifth amplitude component 215 by the gain factor a and subtracts it from the input image 210. This is represented mathematically by the following equation:

Figure pct00001
Figure pct00001

여기서:here:

F '는 역 푸리에 변환이다;F 'is the inverse Fourier transform;

F는 순방향 푸리에 변환이다;F is a forward Fourier transform;

R은 재생 필드이다;R is a play field;

T는 목표 이미지이다;T is the target image;

∠ 각도 정보이다;∠ angular information;

Ψ는 각도 정보의 양자화 된 버전이다;Ψ is a quantized version of angular information;

ε은 새로운 목표 크기이며, ε> 0 이다; 그리고ε is the new target magnitude and ε> 0; And

α는 이득 요소 ~ 1이다.α is the gain factor ˜1.

이득 요소 α는 고정되거나 가변적 일 수 있다. 예시들에서, 이득 요소(α)는 입력 목표 이미지 데이터의 크기 및 레이트(rate)에 기초하여 결정된다.The gain element α can be fixed or variable. In the examples, the gain element α is determined based on the size and rate of the input target image data.

처리 블록(250, 252, 254 및 256)은 도 2a를 참조하여 기술 된 바와 같은 기능을 가진다. 최종 반복에서, 입력 이미지(210)를 나타내는 위상 한정 홀로그램 Ψ(u, v)이 출력된다. 위상 한정 홀로그램 Ψ(u, v)는 주파수 또는 푸리에 도메인에서 위상 분포를 포함한다고 볼 수 있다.Processing blocks 250, 252, 254 and 256 have the function as described with reference to FIG. 2A. In the final iteration, the phase-limiting hologram Ψ (u, v) representing the input image 210 is output. It can be seen that the phase-limiting hologram Ψ (u, v) includes a phase distribution in the frequency or Fourier domain.

다른 예에서, 제2 진폭 성분은 폐기되지 않는다. 그 대신에, 제2 진폭 성분에서 입력 이미지(210)가 감산되고, 그 진폭 성분의 배수가 입력 이미지(210)에서 감산되어 제3 진폭 성분(307)를 생성한다. 다른 예에서, 제 4 위상 성분은 완전히 피드백 되는 것이 아니며, 예를 들어, 마지막 두 번의 반복에 걸쳐 변경되는 비율만큼만 부분적으로 피드백 된다.In another example, the second amplitude component is not discarded. Instead, the input image 210 is subtracted from the second amplitude component, and a multiple of that amplitude component is subtracted from the input image 210 to produce a third amplitude component 307. In another example, the fourth phase component is not fully fed back, for example, only partially fed back at a rate that changes over the last two iterations.

실시예들에서, 이미지 데이터를 수신하고 알고리즘을 사용하여 실시간으로 홀로그램을 계산하도록 배치된 실시간 엔진이 제공된다. 실시예들에서, 이미지 데이터는 일련의 이미지 프레임을 포함하는 영상이다. 다른 실시예들에서, 홀로그램은, 미리 계산되고, 컴퓨터 메모리에 저장되며, SLM 상에 디스플레이하기 위해 필요시 호출된다. 즉, 실시예들에서, 소정의 홀로그램의 저장소가 제공된다.In embodiments, a real-time engine is provided that is arranged to receive image data and calculate holograms in real time using an algorithm. In embodiments, the image data is an image comprising a series of image frames. In other embodiments, the hologram is precomputed, stored in computer memory, and called as needed for display on the SLM. That is, in embodiments, a reservoir of some hologram is provided.

그러나, 실시예들은 단지 예시적으로 푸리에 홀로그래피(Fourier holography) 및 게르흐버그-섹스톤(Gerchberg-Saxton) 유형의 알고리즘에 관련될 뿐이다. 본 개시는 포인트 클라우드 방법에 기초한 것과 같은 다른 기술에 의해 계산된 프레넬 홀로그래피 및 홀로그램에도 동등하게 적용 가능하다.However, the embodiments merely relate to algorithms of the Fourier holography and Gerchberg-Saxton type by way of example. The present disclosure is equally applicable to Fresnel holography and holograms calculated by other techniques, such as based on the point cloud method.

본 개시는 다수의 상이한 유형의 SLM 중 임의의 하나를 사용하여 구현 될 수 있다. SLM은 반사 또는 투과하여 공간 변조된 광을 출력 할 수 있다. 실시예들에서, SLM은 실리콘상의 액정, 즉 "LCOS", SLM이나, 본 개시는 이러한 유형의 SLM에 한정되지 않는다.The present disclosure can be implemented using any one of a number of different types of SLMs. The SLM can output spatially modulated light by reflecting or transmitting. In embodiments, the SLM is a liquid crystal on silicon, ie “LCOS”, SLM, but the present disclosure is not limited to this type of SLM.

LCOS 장치는 작은 개구(small aperture) 내에 있는 위상 한정 요소들의 큰 어레이를 표시 할 수 있다. 작은 요소(일반적으로 약 10 미크론 이하)에 의해, 광학 시스템이 매우 긴 광학 경로를 필요로 하지 않도록 실용적인 회절 각(단지 몇도 수준)이 야기된다. LCOS SLM의 작은 개구(수 평방 센티미터)을 적절하게 조명하는 것이 더 큰 액정 장치의 개구를 조명하는 것 보다 더 용이하다. 또한 LCOS SLM은 큰 개구율을 가지므로(픽셀을 구동하는 회로가 거울 아래에 묻혀 있으므로) 픽셀 사이에 데드 스페이스(dead-space)가 거의 없다. 이는 재생 필드 내 광학 노이즈를 낮추는 것에 대해 중요한 문제이다. 실리콘 백플레인을 사용하면 픽셀들이 광학적으로 평평해 지며 이는 위상 변조 장치에 대해 중요한 것이다.The LCOS device can display a large array of phase confining elements that are within a small aperture. Small elements (typically about 10 microns or less) result in a practical diffraction angle (only a few degrees) so that the optical system does not require a very long optical path. Properly illuminating the small openings (sq square centimeters) of the LCOS SLM is easier than illuminating the openings of the larger liquid crystal device. In addition, the LCOS SLM has a large aperture ratio (since the circuit driving the pixels is buried under the mirror), so there is little dead-space between the pixels. This is an important issue for lowering optical noise in the reproduction field. Using a silicon backplane, the pixels are optically flattened, which is important for phase modulators.

단지 예시로서, 적합한 LCOS SLM이 도 3을 참조하여 아래와 같이 기술된다. LCOS 소자는 단결정 실리콘 기판(302)을 사용하여 형성된다. 이는 간극(301a)에 의해 이격되며 기판의 상부 표면에 배치된 사각 평면형 알루미늄 전극(301)의 2차원 어레이를 가진다. 전극(301) 각각은 기판(302)에 매설된 회로(302a)를 통해 형성될 수 있다. 각각의 전극들은 각각의 평면 미러를 형성한다. 배향층(Alignment Layer, 303)이 전극 어레이 상에 배치되고, 액정층(304)은 배향층(303)에 배치된다. 제2배향층(305)은 액정층(304) 상에 배치되고, 예컨대, 유리로 된 평면 투명층(306)은 제2배향층(305)에 배치된다. 예컨대 ITO로 된 단일 투명 전극(307)은 투명층(306)과 제2배향층(305) 사이에 배치된다.By way of example only, a suitable LCOS SLM is described below with reference to FIG. 3. The LCOS element is formed using a single crystal silicon substrate 302. It has a two dimensional array of square planar aluminum electrodes 301 spaced by gap 301a and disposed on the top surface of the substrate. Each of the electrodes 301 may be formed through a circuit 302a embedded in the substrate 302. Each of the electrodes forms a respective planar mirror. An alignment layer 303 is disposed on the electrode array, and the liquid crystal layer 304 is disposed on the alignment layer 303. The second alignment layer 305 is disposed on the liquid crystal layer 304, and for example, the planar transparent layer 306 of glass is disposed in the second alignment layer 305. For example, a single transparent electrode 307 made of ITO is disposed between the transparent layer 306 and the second alignment layer 305.

사각 전극(301) 각각은, 투명전극(307) 영역 상부와 중간에 개재되는 액정물질과 함께, 종종 픽셀로 지칭되는 제어 가능한 위상 변조 소자(308)를 형성한다. 유효 픽셀 영역, 즉 충전율은 픽셀(301a) 사이의 공간까지 고려하여 광학적으로 활성인 총 픽셀의 비율이다. 각각의 전극(301)에 인가된 투명전극(307)에 대한 전압을 제어함으로써, 위상 변조된 요소의 액정 물질의 특성은 변화될 수 있고, 따라서 그에 입사되는 입사광에 가변 지연을 제공한다. 이렇게 함으로써 파면에 위상-한정 변조가 가해지는 한편 어떤 진폭 효과도 발생하지 않는다.Each of the square electrodes 301 forms a controllable phase modulation element 308, often referred to as a pixel, with a liquid crystal material interposed above and in the middle of the transparent electrode 307 region. The effective pixel area, or fill rate, is the percentage of total optically active pixels taking into account the spaces between the pixels 301a. By controlling the voltage for the transparent electrode 307 applied to each electrode 301, the properties of the liquid crystal material of the phase modulated element can be changed, thus providing a variable delay in incident light incident thereto. This adds phase-limited modulation to the wavefront while no amplitude effect occurs.

전술한 LCOS SLM는 공간적으로 변조된 광을 반사에 의해 출력하는 것이나, 본 개시는 투과형 LCOS SLM에도 동등하게 적용 가능하다. 반사형 LCOS SLM은 신호 라인, 게이트 라인 및 트랜지스터가 거울 면 아래에 있으며, 높은 충전율(일반적으로 90 % 이상) 및 고해상도를 얻을 수 있는 이점이 있다. 반사형 LCOS 공간 광 변조기를 사용하는 또 다른 이점은 투과형 장치가 사용되는 경우에 필요한 것보다 요구되는 액정 층 두께가 절반일 수 있다는 것이다. 이것은 액정의 스위칭 속도를 크게 향상시킨다(움직이는 비디오 이미지의 투영을 위한 주요 이점). The above-described LCOS SLM outputs spatially modulated light by reflection, but the present disclosure is equally applicable to transmission LCOS SLM. Reflective LCOS SLMs have signal lines, gate lines, and transistors below the mirror surface, benefiting from high charge rates (typically over 90%) and high resolution. Another advantage of using reflective LCOS spatial light modulators is that the required liquid crystal layer thickness can be half that required than when transmissive devices are used. This greatly improves the switching speed of the liquid crystals (the main advantage for the projection of moving video images).

본 발명자는 본 개시의 홀로그래픽 기술을 사용하여 개선된 이미지 프로젝션을 제공하기 위한 다양한 방법을 이미 개시하였다. 본 발명자는 이 홀로그램 기술이 개선 된 라이다 시스템의 기초를 형성하는데 사용될 수도 있다는 것을 인식하였다.We have already disclosed various methods for providing improved image projection using the holographic techniques of this disclosure. The inventors have recognized that this hologram technique may be used to form the basis of an improved lidar system.

구체적으로, 본 발명자는 이 기술이, LIDAR에 필요한 장면(scene)을 가로지르는 광 푸트프린트를 스캐닝하는 공간 광 변조기에 컴퓨터 생성 홀로그램의 시퀀스를 기록(write)하는 것에 사용될 수 있다는 것을 인식하였다. 바람직하게, 장면 내에서 광 푸트프린트의 위치는 컴퓨터 생성 홀로그램을 변경함으로써 변경 될 수 있다. 광 검출기가 광 검출 및 측량(light detection and ranging)을 위해 광원 및 공간 광 변조기와 어떻게 동기화 될 수 있는지는 이해가능한 것이다. 광은 제1 특성을 가지며 이는 검출기에 의해 수신된 다른 광과 구별 될 수 있다는 것을 의미한다. 광은 홀로그램의 시퀀스에 시간적으로 동기화되며 펄스화 된다. 실시예들에서, 제1 특성은 제1 주파수에서 진폭 변조되는 것이다. 그러나 광은 다른 방법으로 특성화 될 수 있습니다. 실시예들에서, 제1 주파수는 무선 주파수(radio frequency)이다.Specifically, the inventors have recognized that the technique can be used to write a sequence of computer generated holograms to a spatial light modulator that scans an optical footprint across a scene required for LIDAR. Preferably, the position of the optical footprint in the scene can be changed by changing the computer generated hologram. It is understood how the light detector can be synchronized with the light source and the spatial light modulator for light detection and ranging. The light has a first characteristic which means that it can be distinguished from other light received by the detector. The light is pulsed in time with the sequence of holograms. In embodiments, the first characteristic is amplitude modulated at the first frequency. However, light can be characterized in different ways. In embodiments, the first frequency is a radio frequency.

제1 그룹의 실시예Embodiment of the first group

도 4는 광을 장면(400)으로 지향하도록 배치된 공간 광 변조기(410) 및 그 장면으로부터 반사된 광을 수집하도록 배치된 광 검출기(420)를 포함하는 실시예를 도시한다. 공간 광 변조기(410)는, 공간 광 변조기(410) 상에 표시된 동적 가변 컴퓨터 생성 홀로그램(dynamically-variable computer-generated hologram)에 따라 광원(미도시)으로부터 광을 수신하고 공간 변조된 광을 출력하도록 배치된다. 도 4는, 공간 광 변조기(410) 상에 표현된 제1 컴퓨터 생성 홀로그램(미도시)에 따라 장면(400) 내 제1 광 푸트프린트(451)를 형성하는 제1 공간 변조 광(431)을 출력하는 공간 광 변조기(410)을 도시한다. 도 4는, 또한 공간 광 변조기(410) 상에 표현된 제2 컴퓨터 생성 홀로그램(미도시)에 따라 장면(400) 내 제2 광 푸트프린트(461)를 형성하는 제2 공간 변조 광(432)를 출력하는 공간 광 변조기(410)을 도시한다.4 shows an embodiment that includes a spatial light modulator 410 disposed to direct light to scene 400 and a light detector 420 disposed to collect light reflected from the scene. The spatial light modulator 410 is configured to receive light from a light source (not shown) and output spatially modulated light according to a dynamically variable computer-generated hologram displayed on the spatial light modulator 410. Is placed. 4 illustrates first spatially modulated light 431 forming first optical footprint 451 in scene 400 in accordance with a first computer-generated hologram (not shown) represented on spatial light modulator 410. An output spatial light modulator 410 is shown. 4 also shows second spatial modulated light 432 forming a second optical footprint 461 in scene 400 in accordance with a second computer generated hologram (not shown) represented on spatial light modulator 410. It shows a spatial light modulator 410 to output.

제1 컴퓨터 생성 홀로그램 및 제2 컴퓨터 생성 홀로그램은 스캐닝하기 위해 상이한 시간에 공간 광 변조기 상에 디스플레이 된다. 공간 광 변조기는 장면 내에서 광 푸트프린트의 대응하는 시간 시퀀스를 형성하기 위해 홀로그램 제어기(미도시)로부터 일련의 컴퓨터 생성된 홀로그램을 수신한다.The first computer generated hologram and the second computer generated hologram are displayed on the spatial light modulator at different times for scanning. The spatial light modulator receives a series of computer generated holograms from a hologram controller (not shown) to form the corresponding temporal sequence of optical footprints in the scene.

몇몇 실시예들에서, 광 푸트프린트의 밝기는 그 영역에 걸쳐 실질적으로 균일하다. 다른 실시예들에서, 광 푸트프린트의 밝기는 공간 광 변조기로부터의 거리(즉, 범위)에 따라 변경된다. 예를 들어, 광 푸트프린트의 밝기는 공간 광 변조기로부터의 거리에 따라 증가 할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 밝기를 갖는 제1 광 푸트프린트는 공간 광 변조기로부터 제1 거리에 형성되고, 제2 밝기를 갖는 제2 푸트프린트는 공간 광 변조기로부터 제2 거리에 형성되고, 여기서, 제1 거리는 제2 거리보다 멀고, 제1 밝기는 제2 밝기 보다 밝다. 제1 광 푸트프린트 및 제2 광 푸트프린트는 실질적으로 동시에 형성 될 수 있거나 또는 상이한 시간에 형성 될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 광 푸트프린트 및 제2 광 푸트프린트는 장면 내의 광 푸트프린트들의 시간적 순차배열(시퀀스)인 연속적인 일련의 광 푸트프린트다.In some embodiments, the brightness of the optical footprint is substantially uniform over that area. In other embodiments, the brightness of the optical footprint changes with distance (ie, range) from the spatial light modulator. For example, the brightness of the optical footprint may increase with distance from the spatial light modulator. In one embodiment, a first optical footprint having a first brightness is formed at a first distance from the spatial light modulator, and a second footprint having a second brightness is formed at a second distance from the spatial light modulator, wherein The first distance is farther than the second distance, and the first brightness is brighter than the second brightness. The first optical footprint and the second optical footprint may be formed at substantially the same time or may be formed at different times. In one embodiment, the first optical footprint and the second optical footprint are a continuous series of optical footprints that are a temporal sequential arrangement (sequence) of the optical footprints in the scene.

이에, 장면을 스캐닝하도록 배열된 광 검출 및 측량 장치인 "라이다(LIDAR)" 시스템이 제공되며, 상기 시스템은 : 제1 특성을 갖는 광을 출력하도록 배치된 광원; 상기 광원으로부터의 광을 수광하고 상기 공간 광 변조기 상에 표현된 컴퓨터 생성 홀로그램에 따라 공간 변조된 광을 출력하도록 배치된 공간 광 변조기; 상기 공간 광 변조기에 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램을 출력하도록 배치되며, 상기 컴퓨터 생성 홀로그램 각각이 상기 장면 내에 대응하는 광 푸트프린트를 형성하도록 배치되며, 상기 장면 내에서 상기 광 푸트프린트의 위치를 변경하도록 추가로 배치되는 홀로그램 제어기; 및 상기 장면으로부터 상기 제1 특성을 갖는 광을 수광하며 광 응답 신호를 출력하도록 배치된 광 검출기를 포함한다.Thus, a "LIDAR" system is provided, which is a light detection and surveying device arranged to scan a scene, the system comprising: a light source arranged to output light having a first characteristic; A spatial light modulator arranged to receive light from the light source and output spatially modulated light according to a computer generated hologram represented on the spatial light modulator; Arranged to output a plurality of computer-generated holograms to the spatial light modulator, each of the computer-generated holograms being arranged to form a corresponding optical footprint in the scene, and further to change the position of the optical footprint within the scene. A hologram controller disposed with; And a photo detector arranged to receive light having the first characteristic from the scene and to output a light response signal.

홀로그램 제어기는 공간 광 변조기 상에 표시된 홀로그램 패턴을 변경함으로써 광 푸트프린트를 이동시키도록 배열된다. 실시예들에서, 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램은 장면의 제1 위치에 제1 광 푸트프린트를 형성하도록 배치된 제1 컴퓨터 생성 홀로그램과 제2 위치에 제2 광 푸트프린트를 형성하도록 배치된 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 포함하고, 여기서, 제2 컴퓨터 생성 홀로그램의 출력은 상기 제1 컴퓨터 생성 홀로그램의 출력 바로 뒤에 나타난다.The hologram controller is arranged to move the optical footprint by changing the hologram pattern displayed on the spatial light modulator. In embodiments, the plurality of computer generated holograms are first computer generated holograms arranged to form a first optical footprint at a first location in a scene and a second computer arranged to form a second optical footprint at a second location A generation hologram, wherein the output of the second computer generated hologram appears immediately after the output of the first computer generated hologram.

라이다(LIDAR) 시스템은 광 스캐닝을 하기 위해 회전하는 프리즘과 같은 이동식 광학체를 사용하는 것으로 공지되어 있다. 그러나, 그러한 시스템은 이동식 부품들이 필요하므로 상당히 단점을 가진다. 본 명세서에 개시된 홀로그래픽 라이다 시스템은 광 스캐닝을 하기 위해 이동식 광학체를 필요로 하지 않는다. 대신에, 광 푸트프린트를 이동시키는 것이 홀로그램을 컴퓨터로 계산하여 조작함으로써 제공된다. 또한, 컴퓨터 생성 홀로그램 분야에서, 빔 배향(beam steering)을 하기 위해 및 빔을 객체(예를 들어, 광 푸트프린트)를 나타내는 홀로그램 데이터에 결합하기 위해 그레이팅(grating)을 나타내는 홀로그램 데이터를 어떻게 계산하는 지에 대한 방법이 알려져 있다. 주기성과 같은 홀로그래픽 격자의 특성은 장면 내에서 원하는 위치로 광을 배향하기 위해 동적으로 변경 될 수 있다.Lidar (LIDAR) systems are known to use moving optics, such as rotating prisms, for optical scanning. However, such a system has significant disadvantages since it requires moving parts. The holographic lidar system disclosed herein does not require moving optics for light scanning. Instead, moving the optical footprint is provided by computing and manipulating the hologram with a computer. Furthermore, in the field of computer generated holograms, how to calculate hologram data indicative of gratings for beam steering and to couple the beam to hologram data indicative of an object (e.g., optical footprint). There is a known method. The characteristics of the holographic grating, such as periodicity, can be changed dynamically to direct light to the desired location in the scene.

회전식 프리즘을 사용하는 라이다 시스템은 미리 결정된 속도로 프리즘을 연속적으로 회전시킴으로써 한 방향으로 연속적인 스캐닝을 수행한다. 대조적으로, 본 명세서에 개시된 홀로그래픽 라이다 시스템은 제한없이 장면 내에서 광 푸트프린트를 동적으로 재배치 할 수 있게 한다. 특히, 광 푸트프린트는 중간 위치들을 조명하지 않고도 장면의 일 위치에서 장면의 임의의 다른 위치로 이동될 수 있다. 이와 관련하여, 광 푸트프린트는 장면의 일 위치에서 장면의 임의의 다른 위치로 순간적으로 이동될(jump) 있다. 실시예들에서, 제1 위치는 제2 위치로부터 공간적으로 분리되어 있다. 이는 위치 이동을 위해 프리즘을 회전시켜야 하는 회전식 프리즘 시스템과 달리, 보다 유연한 스캔을 제공한다. 따라서, 본 개시에 따른 홀로그래픽 라이다 시스템은 더 유연한 스캐닝 및 더 빠른 동적 스캐닝을 제공한다. 다만, 본 시스템은 제1 위치가 실질적으로 제2 위치에 인접한 경우에도 동등하게 적절하다는 것으로 이해될 수 있다. 도 5는 제1 광 푸트프린트(551) 및 제2 광 푸트프린트(561)가 실질적으로 인접한 실시예를 도시한다.A lidar system using a rotating prism performs continuous scanning in one direction by continuously rotating the prism at a predetermined speed. In contrast, the holographic lidar system disclosed herein allows for dynamic rearrangement of optical footprints within a scene without limitation. In particular, the optical footprint can be moved from one position of the scene to any other position of the scene without illuminating the intermediate positions. In this regard, the optical footprint may be momentarily jumped from one location of the scene to any other location of the scene. In embodiments, the first position is spatially separated from the second position. This provides a more flexible scan, unlike a rotating prism system that requires rotating the prism for positional movement. Thus, the holographic lidar system according to the present disclosure provides more flexible scanning and faster dynamic scanning. However, it can be understood that the present system is equally appropriate even when the first position is substantially adjacent to the second position. 5 illustrates an embodiment in which the first optical footprint 551 and the second optical footprint 561 are substantially adjacent.

도 6은, 장면의 연속적인 영역을 조명하기 위해, 광 푸트프린트(651)가 장면 내에서 이동되는 실시예를 도시한다. 즉, 실시예에서, 광 푸트프린트는 장면 내의 광 푸트프린트를 스캔하도록 연속적으로 재위치 설정된다(reposition). 도 6은 연속적인 스캔을 도시하였으나, 본 시스템은 불연속적인 스캔을 제공하는 데에도 동등하게 적절하다.6 illustrates an embodiment in which the optical footprint 651 is moved within the scene to illuminate a continuous area of the scene. That is, in an embodiment, the optical footprint is continuously repositioned to scan the optical footprint in the scene. 6 shows a continuous scan, the system is equally suitable for providing a discontinuous scan.

본 발명자는 또한 홀로그래픽 시스템의 컴퓨터 계산 속성이 광 푸트프린트의 특성을 순간적으로 변화 시켜 개선된 스캐닝을 제공하는 것에 이용 될 수 있다는 것을 인식하였다. 실시예들에서, 제1 광 푸트프린트는 제1 영역을 갖고 제2 광 푸트프린트는 제2 영역을 가지며, 제1 영역은 제2 영역과 동일하지 않다.The inventors also recognized that the computer computed properties of the holographic system can be used to instantaneously change the properties of the optical footprint to provide improved scanning. In embodiments, the first optical footprint has a first area and the second optical footprint has a second area, and the first area is not the same as the second area.

도 7a는 장면(700) 내의 제1 광 푸트프린트(751) 및 제2 광 푸트프린트(761)를 도시한다. 제2 광 푸트프린트(761)는 제1 광 푸트프린트(751)의 면적보다 작은 면적을 가진다. 본 시스템은 장면(700)의 제1 영역(750)을 제1 광 푸트프린트(751)로 스캐닝하고 제2 영역(760)을 제2 광 푸트프린트(761)로 스캐닝하도록 배치될 수 있다. 제2 광 푸트프린트(761)는 제1 광 푸트프린트(751) 직후에 형성 될 수 있으며, 그 반대로도 가능하다. 광 푸트프린트가 작을수록 시스템의 공간 해상도가 높아진다. 따라서, 본 개시의 홀로그래픽 라이다 시스템에 의해 스캐닝의 공간 해상도가 동적으로 제어 될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서, 스캐닝의 해상도를 변경하는 것이 이점을 가질 수 있다.FIG. 7A shows a first optical footprint 751 and a second optical footprint 761 in scene 700. The second optical footprint 761 has an area smaller than that of the first optical footprint 751. The system may be arranged to scan the first area 750 of the scene 700 into the first optical footprint 751 and the second area 760 into the second optical footprint 761. The second optical footprint 761 may be formed immediately after the first optical footprint 751 and vice versa. The smaller the optical footprint, the higher the spatial resolution of the system. Thus, the spatial resolution of scanning can be dynamically controlled by the holographic lidar system of the present disclosure. For example, in embodiments, it may be advantageous to change the resolution of scanning.

광 푸트프린트 크기가 줄어들면, 투영 방법이 홀로그래픽(홀로그램의 모든 픽셀들이 재구성의 모든 지점에 작용함)이기 때문에 더 밝아진다. 이는, 신호 대 잡음비를 향상시키거나 장치의 최대 범위(가용 거리)를 증가시킬 수 있다. 일 실시예에서, 보다 높은 해상도의 스캐닝이 장면의 하나 이상의 영역에서 수행되고, 보다 낮은 해상도의 스캐닝이 상기 장면의 다른 하나 이상의 영역에서 수행된다. 일 예시로서, 본 시스템은 제1 광 푸트프린트로 도로를 스캐닝하고 제2 광 푸트프린트로 연석을 스캐닝하도록 배치되며, 이 때, 제1 광 푸트프린트는 제2 광 푸트프린트보다 크다. 따라서 연석은 예를 들어 차량의 전방보다 더 높은 해상도로 스캐닝 된다. 이는, 전방에 차량이 있는 지 및 그 거리가 떨어져 있는 지 알아내는 것은 필요한 것일 수 있으나 차량이 차량의 폭을 결정하는 것은 필요하지 않을 수 있다는 것에 기인한다. 연석을 더 고해상도로 스캐닝하는 것은 위치의 정확성을 제공한다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 장면의 중앙은 상대적으로 낮은 해상도로 스캐닝되고, 장면의 하나 이상의 주변부는 상대적으로 고 해상도로 스캐닝된다. 즉, 장면의 주변부를 하나 이상 스캐닝 하는 것은 장면의 중심을 스캐닝 하는 것 보다 더 높은 해상도를 가진다.If the optical footprint size is reduced, it becomes brighter because the projection method is holographic (all pixels in the hologram act on every point of the reconstruction). This may improve the signal to noise ratio or increase the maximum range (available distance) of the device. In one embodiment, higher resolution scanning is performed in one or more areas of the scene, and lower resolution scanning is performed in another one or more areas of the scene. As one example, the system is arranged to scan a road with a first optical footprint and to scan a curb with a second optical footprint, wherein the first optical footprint is larger than the second optical footprint. The curb is thus scanned at a higher resolution than, for example, the front of the vehicle. This is due to the fact that it may be necessary to find out if there is a vehicle ahead and its distance apart, but it may not be necessary for the vehicle to determine the width of the vehicle. Scanning the curb at higher resolutions provides positional accuracy. Thus, in some embodiments, the center of the scene is scanned at a relatively low resolution, and one or more perimeters of the scene are scanned at a relatively high resolution. That is, scanning more than one perimeter of a scene has a higher resolution than scanning the center of the scene.

다른 실시예들에서, 홀로그램 시스템은 상이한 형상의 푸트프린트를 제공하는데 사용된다. 도 7b는 제1 광 푸트프린트(752)가 제2 광 푸트프린트(762)와 상이한 형상을 갖는 실시예를 도시한다. 즉, 실시예들에서, 제1 광 푸트프린트는 제1 형상을 가지고 제2 광 푸트프린트는 제2 형상을 가지며, 여기서 제1 형상은 제2 형상과 상이하다. 장면의 상이한 영역들이나 장면 내의 상이한 객체들을 검측(probing)하기 위해 상이한 모양을 가진 푸트프린트를 사용하는 것이 이점을 가질 수 있다. 이에, 더 유연한 라이다 시스템이 제공된다.In other embodiments, the hologram system is used to provide footprints of different shapes. 7B illustrates an embodiment in which the first optical footprint 752 has a different shape than the second optical footprint 762. That is, in embodiments, the first optical footprint has a first shape and the second optical footprint has a second shape, where the first shape is different from the second shape. It may be advantageous to use footprints with different shapes to probe different areas of the scene or different objects in the scene. Thus, a more flexible lidar system is provided.

실시예들에서, 홀로그램 시스템은 광 푸트프린트를 회전 시키는데 사용된다. 도 7C는 제1 광 푸트프린트(753) 및 제2 광 푸트프린트(763)가 동일한 형상을 갖지만 상이하게 배향된 실시예를 도시한다. 즉, 실시예들에서, 제1 광 푸트프린트는 제1 배향을 갖는 형상을 갖고 제2 광 푸트프린트는 제2 배향을 갖는 형상을 가지며, 제1 배향은 제2 배향과 상이하다. 예를 들어, 정확한 위치 정보가 2 개의 상이한 방향으로 스캐닝 함으로써 얻어 질 수 있다. 다른 예시들에서, 광 응답 신호는 광 푸트프린트의 방향을 변경함으로써 증가되거나 최적화 될 수 있다.In embodiments, the hologram system is used to rotate the optical footprint. 7C illustrates an embodiment in which the first optical footprint 753 and the second optical footprint 763 have the same shape but are oriented differently. That is, in embodiments, the first optical footprint has a shape having a first orientation and the second optical footprint has a shape having a second orientation, and the first orientation is different from the second orientation. For example, accurate location information can be obtained by scanning in two different directions. In other examples, the optical response signal can be increased or optimized by changing the direction of the optical footprint.

실시예들에서, 상기 형상은 실질적으로 1 차원 형상이다. 예를 들어, 광 푸트프린트는 슬릿 또는 선형인 모양을 가질 수 있다. 도 7D는 제1 광 푸트프린트(754)가 제2 광 푸트프린트(764)에 수직한 실시예를 도시한다. 1 차원 푸트프린트는 1차원 스캐닝을 제공하며 이는, 예를 들어, 장면 내에 임의의 객체가 존재하는 지여부를 알기 위해 장면을 가로 질러 빠르게 훑어보는 것에 이점이 있다. 장면 내 제1 영역을 제1 방향으로 1 차원 스캐닝하는 것 및 장면 내 제2 영역을 직교 방향으로 1 차원 스캐닝하는 것은 이점을 가질 수 있다. 즉, 실시예에서, 제1 배향은 제2 배향과 수직하다.In embodiments, the shape is a substantially one-dimensional shape. For example, the optical footprint may have a slit or linear shape. 7D illustrates an embodiment in which the first optical footprint 754 is perpendicular to the second optical footprint 764. One-dimensional footprints provide one-dimensional scanning, which is advantageous, for example, to quickly scan across the scene to see if any objects are present in the scene. One-dimensional scanning of the first area in the scene in the first direction and one-dimensional scanning of the second area in the scene in the orthogonal direction can be advantageous. That is, in an embodiment, the first orientation is perpendicular to the second orientation.

제2 그룹의 실시예 - 인터리빙된 스캐닝Embodiment of Group 2—Interleaved Scanning

도 8은 광을 장면(800)으로 지향 시키도록 배치된 공간 광 변조기(810) 및 그 장면으로부터 반사된 광을 수집하도록 배치된 광 검출기(820)를 포함하는 실시예를 도시한다. 공간 광 변조기(810)는 광원(미도시)으로부터 광을 수신하고 공간 광 변조기(810) 상에 표현된 동적 가변 컴퓨터 생성 홀로그램에 따라 공간 변조 된 광을 출력하도록 배치된다. 도 8은 공간 광 변조기(810) 상에 표현된 제1 컴퓨터 생성 홀로그램(미도시)에 따라 장면(800) 내 제1 광 푸트프린트(851)를 형성하는 제1 공간 변조 광(831)을 출력하는 공간 광 변조기(810)을 도시한다.도 8은 또한 공간 광 변조기 공간 광 변조기(810) 상에 표현된 제2 컴퓨터 생성 홀로그램(미도시)에 따라 장면(800) 내 제2 광 푸트프린트(861)를 형성하는 제2 공간 변조 광(832)을 출력하는 공간 광 변조기(810)을 도시한다. 제1 컴퓨터 생성 홀로그램 및 제2 컴퓨터 생성 홀로그램은 스캐닝을 제공하기 위하여 상이한 시간에 공간 광 변조기 상에 표시된다. 공간 광 변조기는, 제1 광 푸트프린트(851) 및 제2 광 푸트프린트(861)을 포함하는 장면 내에서 대응하는 광 푸트프린트들의 시간적 시퀀스들을 형성하기 위하여 홀로그램 제어기(미도시)로부터 컴퓨터 생성 홀로그램들의 시퀀스(891, 895, 892, 896, 893, 897, 894)을 수신한다.8 illustrates an embodiment that includes a spatial light modulator 810 disposed to direct light to a scene 800 and a light detector 820 disposed to collect light reflected from the scene. The spatial light modulator 810 is arranged to receive light from a light source (not shown) and to output spatially modulated light according to the dynamically variable computer generated hologram represented on the spatial light modulator 810. 8 outputs first spatial modulated light 831 forming a first optical footprint 851 in scene 800 according to a first computer generated hologram (not shown) represented on spatial light modulator 810. FIG. 8 also illustrates a second optical footprint in scene 800 in accordance with a second computer generated hologram (not shown) represented on spatial light modulator 810. Illustrates spatial light modulator 810 for outputting second spatial modulated light 832 forming 861. The first computer generated hologram and the second computer generated hologram are displayed on the spatial light modulator at different times to provide scanning. The spatial light modulator is a computer-generated hologram from a hologram controller (not shown) to form temporal sequences of corresponding optical footprints within a scene that includes a first optical footprint 851 and a second optical footprint 861. Sequences 891, 895, 892, 896, 893, 897, 894.

도 8은, 장면(800)의 제1 영역(850) 내에, 제1 광 푸트프린트(851)를 포함하는 복수의 제1 광 푸트프린트를 형성하도록 배치된 복수의 제1 컴퓨터 생성 홀로그램(891, 892, 893)을 도시한다. 도 8은 또한, 장면(800)의 제2 영역(860) 내에, 제2 광 푸트프린트(861)를 포함하는 복수의 제2 광 푸트프린트를 형성하도록 배치된 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램(895, 896, 897)을 도시한다.8 illustrates a plurality of first computer generated holograms 891, arranged to form a plurality of first optical footprints including a first optical footprint 851 in a first area 850 of scene 800. 892 and 893 are shown. 8 also shows a plurality of second computer generated holograms 895 arranged to form a plurality of second optical footprints including a second optical footprint 861 within the second area 860 of the scene 800. 896, 897).

제2 광 푸트프린트(861) 및 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램(895, 896 및 897)을 포함하는 제2 광 푸트프린트는 그것들이 대응한다는 것을 나타내기 위하여 단지 예시적인 이유로 빗금(해칭)으로 도시되었다. 그러나, 공간 광 변조기 상에 표시되는 것은 장면으로 단순하게 광학적으로 변환되는 것이 아님을 주지해야 한다. 각각의 컴퓨터 생성 홀로그램은 회절 패턴이며 이는 간섭에 의해 장면에서 대응하는 광 푸트프린트를 재생성한다. 홀로그램 내의 점들과 장면 내 점들 사이에는 일대일 상관 관계가 없다. 홀로그램 내 각 점은 대응하는 광 푸트프린트의 모든 점에 기여한다. 마찬가지로, 제1 광 푸트프린트(851) 및 복수의 제1 컴퓨터 생성 홀로그램(891,892 및 893)을 포함하는 제1 광 푸트프린트는 그것들이 대응한다는 것을 나타내기 위하여 관계를 이들이 대응한다는 것을 나타내기 위하여 예시적인 이유로 빗금이 없는 것으로 도시되었다.Second optical footprints comprising a second optical footprint 861 and a plurality of second computer generated holograms 895, 896 and 897 are shown in hatched form for illustrative purposes only to indicate that they correspond. It became. However, it should be noted that what is displayed on the spatial light modulator is not simply optically translated into the scene. Each computer-generated hologram is a diffraction pattern, which recreates the corresponding optical footprint in the scene by interference. There is no one-to-one correlation between the points in the hologram and the points in the scene. Each point in the hologram contributes to every point in the corresponding optical footprint. Likewise, a first optical footprint comprising a first optical footprint 851 and a plurality of first computer generated holograms 891, 892 and 893 is illustrated to indicate that they correspond to indicate that they correspond. It is shown without hatching for technical reasons.

복수의 제1컴퓨터 생성 홀로그램(891, 892, 893)은 장면(800)의 제1 스캐닝(850)을 제1 방향(880)으로 제공하도록 배치된다. 컴퓨터 생성 홀로그램(893)은 제1 광 푸트프린트(851)에 대응한다.(895, 896, 897)은 장면(800)의 제2 스캐닝(860)을 제2 방향(885)으로 제공하도록 배치된다. 컴퓨터 생성 홀로그램(897)은 제2 광 푸트프린트(861)에 대응한다. 단지 3 개의 컴퓨터 생성 홀로그램이 각각 본 발명은 각 스캔에서 임의의 수의 컴퓨터 생성 된 홀로그램을 사용하는 것을 포함한다.The plurality of first computer generated holograms 891, 892, 893 are arranged to provide a first scanning 850 of the scene 800 in a first direction 880. Computer-generated hologram 883 corresponds to first optical footprint 851. 895, 896, 897 are arranged to provide a second scanning 860 of scene 800 in a second direction 885. . Computer generated hologram 897 corresponds to second optical footprint 861. There are only three computer generated holograms each, the present invention involves using any number of computer generated holograms in each scan.

이에, 실시예들에서, 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램은 장면 내에서 제1 스캐닝을 제공하도록 배치된 복수의 제1 컴퓨터 생성 홀로그램과 장면 내에서 제2 스캐닝을 제공하도록 배치된 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 포함하는 것으로 이해 될 수 있다. 도 8은 단지 예시로서 다른 방향으로 제1 스캐닝 및 제2 스캐닝을 하는 것을 도시한다. 다른 실시예들에서, 제1 스캐닝 및 제2 스캐닝은 동일한 방향으로 스캐닝한다.Thus, in embodiments, the plurality of computer generated holograms may comprise a plurality of first computer generated holograms arranged to provide first scanning in the scene and a plurality of second computer generated holograms arranged to provide second scanning in the scene. It can be understood to include. 8 shows, by way of example only, a first scanning and a second scanning in a different direction. In other embodiments, the first scanning and the second scanning scan in the same direction.

도 8는 공간 광 변조기(810)에 교번적으로 출력되는 복수의 제1 컴퓨터 생성 홀로그램의 홀로그램과 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램의 홀로그램을 도시한다. 즉, 실시예들에서, 복수의 제1 컴퓨터 생성 홀로그램 및 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램이 인터리브(interleaved, 교차배치)된다. 그러나, 본 개시는 인터레이싱(interlacing)을 위한 임의의 배치 방식을 포함한다. 예를 들어, 도 9는 복수의 제1컴퓨터 생성 홀로그램(991, 992, 993, 994) 중 2 개의 홀로그램이 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램(995, 996) 중 하나의 홀로그램과 인터리빙 되는 다른 실시예를 도시한다.8 illustrates a hologram of a plurality of first computer generated holograms and a plurality of second computer generated holograms alternately output to the spatial light modulator 810. That is, in embodiments, the plurality of first computer generated holograms and the plurality of second computer generated holograms are interleaved. However, the present disclosure includes any placement scheme for interlacing. For example, FIG. 9 illustrates another embodiment in which two holograms of the plurality of first computer generated holograms 991, 992, 993, 994 are interleaved with holograms of one of the plurality of second computer generated holograms 995, 996. Shows.

도 8 및 9에 도시 된 실시예를 포함하는 실시예들에서, 제1 스캐닝은 장면의 제1 영역의 스캐닝이고, 제2 스캐닝은 장면의 제2 영역의 스캐닝이며, 여기서 제2 영역은 제1 영역으로부터 공간적으로 분리되어 있다. 복수의 컴퓨터 생성 된 홀로그램은 공간 변조된 광을 제1 영역과 제2 영역 사이에서 앞뒤로 이동시킴으로써 제1 영역 및 제2 영역을 스캐닝하도록 배치되는 것으로 이해될 것이다. 다시, 전술 한 바와 같이, 스캐닝 광학을 기반으로 하는 라이다 시스템은 이 기능을 달성 할 수 없으므로 장면의 공간적으로 분리 된 영역을 보다 신속하게 스캐닝 할 수 있다.In embodiments comprising the embodiments shown in FIGS. 8 and 9, the first scanning is a scanning of the first area of the scene and the second scanning is a scanning of the second area of the scene, where the second area is the first It is spatially separated from the area. It will be appreciated that the plurality of computer generated holograms are arranged to scan the first and second regions by moving the spatially modulated light back and forth between the first and second regions. Again, as mentioned above, LiDAR systems based on scanning optics can't achieve this feature, allowing faster scanning of spatially separated areas of the scene.

도 10은 제1 영역(1050) 및 제2 영역(1060)을 포함하는 장면(1000)을 도시한다. 복수의 제1컴퓨터 생성 홀로그램(1091, 1092, 1093)은 제1 영역(1050) 내에서 제1 방향(1080)으로 제1 광 푸트프린트(1051)를 스캐닝하도록 배치된다. 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램(1095, 1096, 1097)은 제2 영역(1060) 내의 제2 방향(1085)에서 제2 광 푸트프린트(1061)를 주사하도록 배치된다. 따라서, 실시예에서, 제1 스캐닝은 장면 내 제1 영역을 제1 방향으로 스캐닝하는 것이고 제2 스캐닝은 장면 내 제2 영역을 제2 방향으로 스캐닝하는 것이다. 실시예들에서, 제2 스캐닝은 또한 제1 영역을 스캐닝하는 것일 수도 있다. 이 실시예들에서, 제2 스캐닝은 제1 스캐닝과 동일한 방향으로 수행된다.10 illustrates a scene 1000 that includes a first region 1050 and a second region 1060. The plurality of first computer-generated holograms 1091, 1092, 1093 are arranged to scan the first optical footprint 1051 in the first direction 1080 within the first region 1050. The plurality of second computer generated holograms 1095, 1096, 1097 are arranged to scan the second optical footprint 1061 in the second direction 1085 in the second region 1060. Thus, in an embodiment, the first scanning is scanning the first area in the scene in the first direction and the second scanning is scanning the second area in the scene in the second direction. In embodiments, the second scanning may also be scanning the first area. In these embodiments, the second scanning is performed in the same direction as the first scanning.

실시예들에 따르면, 상대적으로 낮은 해상도인 제1 스캐닝은 고해상도 스캐닝인 제2 스캐닝과 인터리빙(교차배치) 된다. 다시 말하지만, 광 푸트프린트가 작을수록 공간적 해상도가 높아진다. 도 11은 제2 푸트프린트(1161)가 제1 푸트프린트(1051) 보다 작은 영역을 갖는 실시예를 도시한다. 따라서, 실시예들에서, 복수의 제1컴퓨터 생성 홀로그램은 제1 영역을 갖는 제1 푸트프린트를 형성하도록 배치되고 및 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램은 제2 영역을 갖는 제2 광 푸트프린트를 형성하도록 배치되며, 제1 영역은 제2 영역과 같지 않다.According to embodiments, the first scanning, which is relatively low resolution, is interleaved with the second scanning, which is high resolution scanning. Again, the smaller the optical footprint, the higher the spatial resolution. 11 illustrates an embodiment in which the second footprint 1161 has a smaller area than the first footprint 1051. Thus, in embodiments, the plurality of first computer generated holograms are disposed to form a first footprint having a first area and the plurality of second computer generated holograms form a second optical footprint having a second area. And the first area is not the same as the second area.

실시예들에서, 제1 광 푸트프린트는 제2 방향으로 연장되는 실질적으로 1 차원 형상을 갖고, 제2 광 푸트프린트는 제1 방향으로 연장되는 실질적으로 1 차원 형상을 갖는다.In embodiments, the first optical footprint has a substantially one-dimensional shape extending in the second direction, and the second optical footprint has a substantially one-dimensional shape extending in the first direction.

인터리빙(교차배치 동시수행)되는 제1 및 제2 스캐닝은 장면의 동일한 영역 또는 상이한 영역에 관한 것일 수 있다. 상이한 광 푸트프린트들(예 : 세밀한 또는 고해상도 스캔에 해당하는 첫 번째 스캔의 푸트프린트 및 조악한 또는 저해상도 스캔에 해당하는 두 번째 스캔의 푸트프린트)를 사용하여 장면의 동일한 영역을 동시에 스캐닝하여 장면의 영역에 대한 상이한 정보를 제공할 수 있다. 동일하거나 상이한 푸트프린트들을 사용하여 장면의 상이한 영역들을 동시에 스캐닝하여 장면의 상이한 영역들에 대한 정보를 획득할 수 있다. 제1 및 제2 스캐닝은 인터리빙(교차배치)되어 동시에 수행되기 때문에, 두 스캐닝에 의해 얻어진 정보는 실질적으로 동일한 시점(same point in time)에 있는 장면에 관한 것이다.The first and second scanning interleaved (cross-batch co-operation) may relate to the same or different areas of the scene. Area of the scene by simultaneously scanning the same area of the scene using different optical footprints (e.g., the footprint of the first scan that corresponds to a finer or higher resolution scan and the footprint of the second scan that corresponds to a coarse or lower resolution scan) It can provide different information about. The same or different footprints can be used to simultaneously scan different areas of the scene to obtain information about different areas of the scene. Since the first and second scanning are interleaved (crossed) and performed simultaneously, the information obtained by the two scannings relates to the scene at substantially the same point in time.

실시예들에 따르면, 제1 스캐닝은 스토캐스틱 스캔(stochastic scan, 확률적 스캔)을 포함할 수 있고, 이는 장면 주위로 무작위로(예를 들어, 차량 주위의 다른 영역으로) 이동되는 광 푸트프린트를 투사하는 것이다. 장면 내의 특징부(피처, feature)가 스토캐스틱 스캔으로부터(예를 들어, 제1 스캐닝에 대한 광 응답 신호로부터) 또는 다른 방법으로 식별되면, (예를 들어, 더 높은 해상도에서) 식별된 특징부를 포함하는 영역에 대한 제2 스캐닝이 수행 될 수 있다. 실시예들에서, 스토캐스틱 스캔은 연속적이며, 하나 이상의 제2스캐닝(예를 들어, 보다 높은 해상도임)이 스토캐스틱 스캔으로 인터리빙된다. 특히, 고해상도인 제2 스캐닝은, 도 8 내지도 11을 참조하여 전술한 바와 같이, 스토캐스틱 스캔과 동시에 수행 될 수 있다. 따라서, 스토캐스틱 스캔은 연속적으로 수행 될 수 있고, 제한된 지속 시간을 갖는 제2 스캐닝이 시도 되어, 필요에 따라, 스토캐스틱 스캔과 인터리빙 될 수 있다. 예를 들어, 특징부가 특정 영역 내에서 감지될 때, 특정 영역에 대해 고해상도인 제2 스캐닝이 추가되어 스토캐스틱 스캔과 인터리빙되어 이후 고해상도 스캔이 완료되면 제거될 수 있다. 따라서, 새로운 목표 객체들이 연속적인 스토캐스틱 스캔에 의해 계속적으로 식별되고, 그러한 식별된 목표 객체의 세부 사항들이 제2 스캔에 의해 연속적으로 획득된다. 대안적인 실시예들에서, 제2 스캐닝은 스토캐스틱 스캔 대신에 수행 될 수도 있다(즉, 제1 및 제2 스캐닝은 병행하지 않는다). 이 경우, 제1 스캐닝과 제2 스캐닝은 교번적으로 이루어진다.According to embodiments, the first scanning may comprise a stochastic scan, which may be used to scan an optical footprint that is randomly moved around the scene (eg, to another area around the vehicle). To project. If a feature (feature) in the scene is identified from a stochastic scan (eg, from an optical response signal for the first scanning) or otherwise, includes the identified feature (eg, at a higher resolution). The second scanning may be performed on the region. In embodiments, the stochastic scan is continuous and one or more second scanning (eg, of higher resolution) is interleaved with the stochastic scan. In particular, the high resolution second scanning may be performed simultaneously with the stochastic scan, as described above with reference to FIGS. 8 to 11. Thus, the stochastic scan can be performed continuously, and a second scanning with a limited duration can be attempted and interleaved with the stochastic scan as needed. For example, when a feature is detected within a particular area, a second high resolution scan for that particular area may be added and interleaved with the stochastic scan and then removed when the high resolution scan is complete. Thus, new target objects are continuously identified by successive stochastic scans, and details of such identified target objects are continuously obtained by the second scan. In alternative embodiments, the second scanning may be performed instead of the stochastic scan (ie, the first and second scanning are not in parallel). In this case, the first scanning and the second scanning are alternately performed.

제3 그룹의 실시예 - 지능형 스캐닝Embodiment of Group 3-Intelligent Scanning

실시예들은 제1 스캐닝의 결과를 제2 스캐닝을 위한 컴퓨터 생성 홀로그램을 결정하는데 사용하는 피드백 시스템을 제공한다. 제2 스캐닝을 위한 컴퓨터 생성 홀로그램을 결정하는 단계는 홀로그램의 저장소로부터 홀로그램을 선택하거나 홀로그램을 계산하는 단계를 포함 할 수 있다.Embodiments provide a feedback system that uses the results of the first scanning to determine a computer generated hologram for the second scanning. Determining the computer-generated hologram for the second scanning may include selecting a hologram from a reservoir of holograms or calculating a hologram.

도 12는 광을 장면(1200)에 지향 시키도록 배열된 공간 광 변조기(1210) 및 그 장면으로부터 반사된 광을 수집하도록 배치된 광 검출기(1220)를 포함하는 실시예를 도시한다. 공간 광 변조기(1210)는 광원(미도시)으로부터 광을 수신하고 공간 광 변조기(1210) 상에 표현된 동적 가변 컴퓨터 생성 홀로그램에 따라 공간 변조된 광을 출력하도록 배열된다. 도 12는 공간 광 변조기(1210) 상에 표현된 제1 컴퓨터 생성 홀로그램(미도시)에 따라 장면(1200) 내에 제1 광 푸트프린트(1251)를 형성하는 제1 공간 변조 광(1231)을 출력하는 공간 광 변조기(1210)을 도시한다.FIG. 12 illustrates an embodiment that includes a spatial light modulator 1210 arranged to direct light to a scene 1200 and a light detector 1220 disposed to collect light reflected from the scene. Spatial light modulator 1210 is arranged to receive light from a light source (not shown) and to output spatially modulated light according to the dynamically variable computer generated hologram represented on spatial light modulator 1210. 12 outputs first spatial modulated light 1231 to form first optical footprint 1251 in scene 1200 according to a first computer generated hologram (not shown) represented on spatial light modulator 1210. A spatial light modulator 1210 is shown.

도 12는 제1 광 푸트프린트(1251)가 조명된 장면(1200)의 영역으로부터 반사된 광(1241)을 수신하는 광 검출기(1220)를 도시한다. 예를 들어, 그 광은 장면 내의 객체로부터 반사 될 수 있다. 반사된 광(1241)을 수신하는 것에 응답하여, 광 검출기(1220)는 광 응답 신호(1274)를 출력한다. 홀로그램 제어기(1270)는 광 응답 신호(1274)를 수신하고 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 결정하도록 배열된다. 홀로그램 제어기(1270)는 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 포함하는 홀로그램 데이터(1272)를 공간 광 변조기(1210)에 출력한다.12 shows a light detector 1220 that receives light 1241 reflected from an area of scene 1200 in which first optical footprint 1251 is illuminated. For example, the light can be reflected from objects in the scene. In response to receiving reflected light 1241, photodetector 1220 outputs light response signal 1274. The hologram controller 1270 is arranged to receive the optical response signal 1274 and determine a plurality of second computer generated holograms. The hologram controller 1270 outputs the hologram data 1272 including the plurality of second computer generated holograms to the spatial light modulator 1210.

홀로그램 제어기(1270)는 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 결정하기 위해 광 응답 신호(1274)의 속성을 평가할 수 있다. 실시예에서, 홀로그램 제어기(1270)는 광 응답 신호(1274)가 물체가 제1 광 푸트프린트로 주사 된 영역 내에 존재 함을 나타내는지를 결정한다. 일부 실시예에서, 광 응답 신호(1274)의 속성은 광 응답 신호(1274)의 최대(또는 피크) 강도 또는 평균 강도이다. 다른 실시예들에서, 광 응답 신호(1274)의 속성은 광 응답 신호(1274)의 강도 변화 또는 광 응답 신호(1274)의 강도 변화율이다. 광 응답 신호(1274)의 속성은 광 응답 신호의 강도는 광 응답 신호(1274)의 임의의 속성 또는 광 응답 신호(1274)의 임의의 특징들(features)일 수 있고, 이는 스캐닝된 영역에 대한 또는 스캐닝된 임의의 객체에 대한 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 홀로그램 제어기(1270)는 광 응답 신호(1274)의 크기가 임계 값을 초과 하는지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서, 홀로그램 제어기(1270)는 제1 광 푸트프린트(1251)로 스캐닝 된 제1 영역에 물체가 존재한다고 결정하고 고해상도로 제1 영역을 다시 주사하도록 배열 된 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 결정한다. 예를 들어, 다른 실시예들에서, 홀로그램 제어기(1270)는 객체가 제1 광 푸트프린트(1251)로 스캐닝된 제1 영역에 존재하는 지를 결정하고, 제2 광 푸트프린트(1261)로 장면의 제2 영역을 스캐닝하도록 배열된 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 결정한다. 예를 들어, 다른 실시예에서, 홀로그램 제어기(1270)는 광 응답 신호가 결정할 만한 것 인지(예를 들어, 비교적 잡음이 많음)를 결정하고 및 장면의 동일한 영역을, 다만 다른 방향으로, 다시 스캐닝하도록 배열된 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 결정한다.Hologram controller 1270 may evaluate the properties of optical response signal 1274 to determine a plurality of second computer generated holograms. In an embodiment, hologram controller 1270 determines whether optical response signal 1274 indicates that the object is within the area scanned into the first optical footprint. In some embodiments, the property of optical response signal 1274 is the maximum (or peak) intensity or average intensity of optical response signal 1274. In other embodiments, the property of the optical response signal 1274 is the intensity change of the optical response signal 1274 or the rate of change of the intensity of the optical response signal 1274. The property of the optical response signal 1274 may be that the intensity of the optical response signal is any property of the optical response signal 1274 or any features of the optical response signal 1274, which is true for the scanned area. Alternatively, information about any scanned object may be provided. For example, the hologram controller 1270 may determine whether the magnitude of the optical response signal 1274 exceeds a threshold. For example, in embodiments, the hologram controller 1270 determines that an object is present in the first area scanned with the first optical footprint 1251 and is arranged to scan the first area again at high resolution. 2 Determine the computer generated hologram. For example, in other embodiments, hologram controller 1270 determines whether an object exists in a first area scanned with first optical footprint 1251, and uses second optical footprint 1261 to display the scene. Determine a plurality of second computer generated holograms arranged to scan the second area. For example, in another embodiment, hologram controller 1270 determines whether the optical response signal is determinable (eg, relatively noisy) and rescans the same area of the scene, just in the other direction. Determine a plurality of second computer generated holograms arranged to

복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램의 각각의 컴퓨터 생성 홀로그램에 응답하여, 대응하는 제2 광 푸트프린트(1261)가 장면(1200) 내에 형성된다. 제2 광 푸트프린트(1261)는 전술 한 바와 같이 장면(1200) 내에서 스캐닝 될 수 있다. 공간 광 변조기(1210)는 장면(1200) 내에, 제2 광 푸트프린트(1261)를 포함하는, 대응하는 광 푸트프린트들의 시간적 시퀀스를 형성하기 위해 홀로그램 제어기(1270)로부터 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 수신한다.In response to each computer generated hologram of the plurality of second computer generated holograms, a corresponding second optical footprint 1261 is formed in the scene 1200. The second optical foot print 1261 may be scanned within the scene 1200 as described above. Spatial light modulator 1210 includes a plurality of second computer generated holograms from hologram controller 1270 to form a temporal sequence of corresponding optical footprints, including second optical footprint 1261, within scene 1200. Receive

따라서, 실시예들에서, 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램은 장면 내에서 제1 스캐닝을 제공하도록 배치된 복수의 제1컴퓨터 생성 홀로그램을 포함하고, 홀로그램 제어기는, 제1 스캐닝에 응답하여 광 응답 신호를 수신하도록 배치되며 상기 제1 스캐닝에 응답하여 광 응답 신호의 속성에 기초하여 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 결정하도록 배치된다. 실시예들에서, 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램은 장면 내에서 제2 스캐닝을 제공하도록 배치된다.Thus, in embodiments, the plurality of computer generated holograms comprises a plurality of first computer generated holograms arranged to provide a first scanning in the scene, wherein the hologram controller receives an optical response signal in response to the first scanning. And determine a plurality of second computer-generated holograms based on attributes of an optical response signal in response to the first scanning. In embodiments, the plurality of second computer generated holograms are arranged to provide a second scanning in the scene.

도 13A는 제1 스캐닝이 제1 방향(1380)으로 제1 광 푸트프린트(1351)로 장면(1300)의 제1 영역(1350)을 스캐닝하는 것인 실시예를 도시한다. 제2 스캐닝은, 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램에 대응하며, 장면(1300)의 제1 영역(1350) 또는 제2 영역(1360)을 스캐닝하는 것일 수 있다.FIG. 13A illustrates an embodiment in which the first scanning scans the first area 1350 of the scene 1300 in the first optical footprint 1351 in the first direction 1380. The second scanning corresponds to the plurality of second computer-generated holograms, and may scan the first area 1350 or the second area 1360 of the scene 1300.

도 13b는, 제1 스캐닝이 장면의 제1 영역을 스캐닝 하는 것이고 제2 스캐닝이 장면의 제2 영역을 스캐닝하는 실시예를 도시하며, 제2 영역은 제1 영역으로부터 공간적으로 분리되어 있다.FIG. 13B illustrates an embodiment in which the first scanning scans the first area of the scene and the second scanning scans the second area of the scene, the second area being spatially separated from the first area.

도 13c는, 제1 스캐닝이 장면의 제1 영역을 제1 방향으로 스캐닝하는 것이고 제2 스캐닝이 장면의 제1 영역을 제2 방향으로 스캐닝하는 것인 인 실시예를 도시한다. 실시예들에서, 제2 스캐닝은 제1 광 푸트프린트와 상이한 크기, 형상 및/또는 배향을 갖는 제2 광 푸트프린트를 사용하여 수행된다.13C shows an embodiment where the first scanning is scanning the first area of the scene in a first direction and the second scanning is scanning the first area of the scene in a second direction. In embodiments, the second scanning is performed using a second optical footprint having a different size, shape, and / or orientation than the first optical footprint.

도 13d는, 복수의 제1컴퓨터 생성 홀로그램이 제1 영역을 갖는 제1 광 푸트프린트를 형성하도록 배치되고 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램이 제2 영역을 갖는 제2 광 푸트프린트를 형성하도록 배치되는 실시예를 도시하며, 제1 영역은 제2 영역과 동일하지 않다.13D illustrates that the plurality of first computer generated holograms are arranged to form a first optical footprint having a first area and the plurality of second computer generated holograms are arranged to form a second optical footprint having a second area. An embodiment is shown, where the first region is not the same as the second region.

실시예들에서, 제1 스캐닝에 의해 스캐닝 되며 장면의 제1 영역은, 제2 스캐닝에 의해 스캐닝 되는 장면의 제2 영역과 동일하거나, 부분적으로, 인접하거나 또는 공간적으로 분리 될 수 있다.In embodiments, the first area of the scene scanned by the first scanning may be the same, partially, adjacent or spatially separate from the second area of the scene scanned by the second scanning.

모든 그룹의 실시예의 변형Modifications to Examples of All Groups

실시예들에서, 제1 광 푸트프린트는 제2 방향으로 연장되는 실질적으로 1 차원 형상을 갖고, 제2 광 푸트프린트는 제1 방향으로 연장되는 실질적으로 1 차원 형상을 갖는다.In embodiments, the first optical footprint has a substantially one-dimensional shape extending in the second direction, and the second optical footprint has a substantially one-dimensional shape extending in the first direction.

실시예들에서, 공간 광 변조기는 위상 한정 공간 광 변조기이다. 이들 실시예들은 진폭을 변조에 따라 광 에너지가 손실되지 않기 때문에 이점을 가진다. 따라서, 효율적인 홀로그래픽 프로젝션 시스템이 제공된다. 그러나, 본 발명은 진폭 한정 공간 광 변조기 또는 진폭 및 위상 변조기 상에서 동일하게 구현 될 수 있다. 홀로그램은 위상 한정, 진폭 한정 또는 완전 복합인 것에 대응될 것으로 이해될 수 있다.In embodiments, the spatial light modulator is a phase limited spatial light modulator. These embodiments have an advantage because no optical energy is lost by modulating the amplitude. Thus, an efficient holographic projection system is provided. However, the present invention can be implemented equally on an amplitude limited spatial light modulator or an amplitude and phase modulator. It can be understood that the hologram will correspond to being phase limited, amplitude limited or fully complex.

실시예들은 시스템의 시야를 증가시키기 위한 각도 확대 시스템(angular magnification system)을 포함한다. 도 14는 공간 광 변조기(1410)로부터 제1 각도로 공간 변조된 광을 수신하도록 배열 된 각도 확대 시스템(1425)을 도시한다. 각도 확대 시스템(1425)은, 장면을 비추는, 제1 각도보다 큰 제2 각도로 공간 변조 된 광을 출력한다. 도 14는 각도 확대 시스템(1425)이 제1 각도로 광(1422)을 수신하고 제1 각도보다 큰 제2 각도로 광(1424)을 출력하도록 배치되는 것을 도시한다. 각도 확대 시스템은 공간적 변조된 광의 광 각도를 확대하는 것으로 볼 수 있다. 즉, 실시예들에서, 라이다 시스템은 공간 광 변조기로부터의 공간 변조된 광의 각도 편향을 확대하도록 배치된 각도 확대 시스템을 더 포함한다.Embodiments include an angular magnification system for increasing the field of view of the system. 14 illustrates an angle magnification system 1425 arranged to receive spatially modulated light at a first angle from spatial light modulator 1410. The angle magnification system 1425 outputs spatially modulated light at a second angle greater than the first angle, illuminating the scene. FIG. 14 shows that the angle magnification system 1425 is arranged to receive light 1422 at a first angle and output light 1424 at a second angle that is greater than the first angle. The angle magnification system can be viewed as enlarging the light angle of the spatially modulated light. That is, in embodiments, the lidar system further includes an angle magnification system arranged to magnify the angular deflection of the spatially modulated light from the spatial light modulator.

실시예들에서, 각도 확대는 굴절에 의해 이루어진다. 즉, 실시예들에서, 각도 확대 시스템은 공간 변조 된 광을 굴절 시키도록 배열된다. 실시예들에서, 각도 확대 시스템은 제1 각도로 공간 변조된 광을 수신하고 제1 각도보다 큰 제2 각도로 공간 변조된 광을 출력하도록 배열된다.In embodiments, angular magnification is by refraction. That is, in embodiments, the angle magnification system is arranged to refract the spatially modulated light. In embodiments, the angle magnification system is arranged to receive spatially modulated light at a first angle and output spatially modulated light at a second angle greater than the first angle.

실시예들에서, 광은 펄스화 된다. 따라서, 실시예들에서, 시스템은 임의의 반사된 신호가, 다음의 광 푸트프린트가 장면에 조사되기 이전에, 검출기에 의해 수신되도록 구성된다. 따라서 시스템은 다음의 광 푸트프린트 이전의 임의의 리턴 신호(return signal)를 처리 할 수 있으며 리턴 신호를 발생시키는 푸트프린트가 혼동되지 않도록 할 수 있다. 당업자라면, 본 기능을 제공하기 위해, 광원, 홀로그램 제어기, 공간 광 변조기, 광 검출기 및 임의의 필요한 프로세서를 동기화하는 방법을 이해할 것이며, 이에 관련 설명은 본 명세서에서 제시하지 않는다.In embodiments, the light is pulsed. Thus, in embodiments, the system is configured such that any reflected signal is received by the detector before the next light footprint is irradiated to the scene. Thus, the system can process any return signal before the next optical footprint and can not be confused with the footprint that generates the return signal. Those skilled in the art will understand how to synchronize light sources, hologram controllers, spatial light modulators, light detectors and any necessary processors to provide the functionality, and details thereof are not presented herein.

각 광 푸트프린트는 대응하는 컴퓨터 생성 홀로그램을 사용하여 형성된다. 각각의 컴퓨터 생성 홀로그램은 공간 광 변조기에 제공된 홀로그램 데이터에 따라 공간 광 변조기 상에 표시된다. 각각의 컴퓨터 생성 홀로그램은 서로 다른 데이터 성분들(components)로 구성 될 수 있다. 데이터는 공간 광 변조기의 각각의 광 변조 픽셀들을 개별적으로 어드레싱(addressing) 하는 공간 광 변조기에 대한 명령어를 제공한다. 특히, 데이터는 광을 변조하는 정도에 관하여 각각의 픽셀에 대한 명령어를 제공 할 수 있다. 실시예들에서, 컴퓨터 생성 홀로그램은 광 푸트프린트의 크기 및 모양을 정의하는 제1 홀로그램 데이터 및 장면 내 광 푸트프린트의 위치를 정의하는 제2 홀로그램 데이터를 포함한다. 제1 홀로그램 데이터는 광학 효과를 제공하는 홀로그램 데이터를 포함 할 수 있다. 실시예들에서, 제1 홀로그램 데이터는 렌즈화 기능(lensing function)을 포함한다. 전술한 바와 같이, 제2 홀로그램 데이터는 가변 빔 배향 정보(variable beam steering information)를 제공한다. 실시예들에서, 제2 홀로그램 데이터는 그레이팅 기능(grating function)를 포함한다.Each optical footprint is formed using a corresponding computer generated hologram. Each computer generated hologram is displayed on the spatial light modulator in accordance with the hologram data provided to the spatial light modulator. Each computer-generated hologram may consist of different data components. The data provides instructions for a spatial light modulator that individually addresses each light modulating pixels of the spatial light modulator. In particular, the data may provide instructions for each pixel with respect to the degree of modulation of the light. In embodiments, the computer generated hologram includes first hologram data defining the size and shape of the optical footprint and second hologram data defining the location of the optical footprint in the scene. The first hologram data may include hologram data that provides an optical effect. In embodiments, the first hologram data includes a lensing function. As described above, the second hologram data provides variable beam steering information. In embodiments, the second hologram data includes a grating function.

도 15는 공간 광 변조기(1510) 및 광 검출기(1520)와 통신하는 프로세서(1570)를 포함하는 실시예를 도시한다. 작동 시에, 프로세서(1570)는 광 검출기(1520)로부터 광 응답 신호를 수신하고 공간 광 변조기(1510)로부터 동기화 정보(1572)를 수신하도록 배치된다. 공간 광 변조기(1510)는 장면 내 일 위치에 광 푸트프린트(미도시)를 형성하는 공간 변조된 광(1531)을 출력하도록 배치된다. 장면 내의 일 위치에 있는 객체(1505)는 공간 변조된 광(1531)을 반사하고 반사된 광(1541)은 광 검출기(1520)에 의해 검출된다. 광 검출기(1520)는 장면을 포함하는 시야를 갖도록 구성된다.FIG. 15 illustrates an embodiment that includes a processor 1570 in communication with a spatial light modulator 1510 and a light detector 1520. In operation, the processor 1570 is arranged to receive an optical response signal from the photo detector 1520 and to receive synchronization information 1572 from the spatial light modulator 1510. The spatial light modulator 1510 is arranged to output spatially modulated light 1531 that forms an optical footprint (not shown) at one location in the scene. The object 1505 at one location in the scene reflects the spatially modulated light 1531 and the reflected light 1541 is detected by the photo detector 1520. The photo detector 1520 is configured to have a field of view that includes the scene.

예를 들어, 광 검출기(1520)는, 광 푸트프린트 및/또는 설계 요구사항에 따라, 단일 광 검출 소자(예를 들어, 단일 광다이오드) 또는 광 검출 소자들의 어레이(예를 들어, 1 차원 또는 2 차원 포토 다이오드 어레이)를 포함 할 수 있다. 전술 한 바와 같이, 시스템의 구성 요소들 사이의 동기화 및 광 펄스화는, 공강 변조된 광이 공간 광 변조기(1510)로부터 객체(1505)를 거쳐 광 검출기(1520)로 이동함에 따른, 공간 변조된 광에 대한 체공시간(a time of flight)을 결정하는데 사용된다. 이 체공시간을 측정하는 것은 공간 광 변조기(1510)로부터 객체(1505)까지의 직선 거리(1576)를 결정하는데 사용될 수 있다. 이로서, 광 검출 및 측량(range) 라이다(LIDAR) 시스템이 제공된다. 실시예들에서, 라이다 송신기는 공간 광 변조기(1510)을 포함하고, 라이다 수신기는 광 검출기(1520)를 포함하며, 이 둘 중 적어도 하나는 차량의 헤드 램프 유닛과 같은 램프 유닛 또는 휴대용 장치 또는 차량 내에 위치 될 수 있다. 프로세서(1570)는 라이다 송신기 및/또는 라이다 검출기와 함께 위치 될 수 있거나 또는 원격으로 위치 될 수 있다.For example, the photo detector 1520 may be a single photodetector (eg, a single photodiode) or an array of photodetection elements (eg, one dimensional or according to an optical footprint and / or design requirements). Two-dimensional photodiode array). As noted above, synchronization and light pulsed between the components of the system are spatially modulated as the air-modulated light moves from the spatial light modulator 1510 through the object 1505 to the photo detector 1520. It is used to determine a time of flight for light. Measuring this flight time can be used to determine the straight line distance 1576 from the spatial light modulator 1510 to the object 1505. As such, a light detection and range lidar (LIDAR) system is provided. In embodiments, the lidar transmitter includes a spatial light modulator 1510 and the lidar receiver includes a light detector 1520, at least one of which is a lamp unit or portable device, such as a head lamp unit of a vehicle. Or may be located within the vehicle. The processor 1570 may be located with a lidar transmitter and / or lidar detector or may be remotely located.

실시예들에서, 광원은 레이저이다. 실시예들에서, 광 검출기는 포토디텍터(photodetector)이다. 실시예들에서, 본 라이다 시스템을 포함하는 차량이 제공된다.In embodiments, the light source is a laser. In embodiments, the light detector is a photodetector. In embodiments, a vehicle is provided that includes the present lidar system.

실시예들에서, 광원으로부터 오는 레이저 광은 라이다 시스템에 대해 고유한 코드(code)로 변조 될 수 있다. 이러한 코드화는 다른 라이다 시스템(예를 들어, 도로상의 다른 차량 내의 시스템)과 연관된 간섭 또는 혼란을 피하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 라이다 수신기는 수신된 광에서 코드화 된 것을 탐색하고, 대응하는 코드로 변조된 수신 된 광만을 처리한다. 예를 들어, 고유한 2 진수 패턴을 갖는 광 진폭의 2 진화 변조가 (예를 들어, 소정의 코드 또는 패턴으로 광원을 온 및 오프로 스위칭 함으로써 이루어짐) 고유 코드를 제공하도록 수행 될 수 있다. 레이저 광을 다른 유형으로 변조 또는 인코딩하는 것이 수행될 수 있다.In embodiments, the laser light coming from the light source may be modulated with a code unique to the lidar system. Such coding may be used to avoid interference or confusion associated with other lidar systems (eg, systems in other vehicles on the road). In such embodiments, the lidar receiver searches for the coded in the received light and processes only the received light modulated with the corresponding code. For example, binary evolution of light amplitude with a unique binary pattern can be performed to provide a unique code (e.g., by switching the light source on and off with a predetermined code or pattern). Other types of modulation or encoding of laser light may be performed.

몇몇 실시예들에서, 2 개 이상의 광원이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상이한 파장(예를 들어, IR 범위 내 파장)을 갖는 둘 이상의 레이저가 라이다 시스템에 포함될 수 있으며, 상이한 시점에 사용되어 SLM에 광을 제공 할 수 있다. 광원으로 사용되는 레이저, 이에, 광의 푸트프린트를 형성하는 데 사용되는 광의 파장은, 안개 또는 기타 악천후 조건이 감지 된 경우와 같이, 향상된 광 침투력을 제공 하기 위해 주변 조건에 따라 변경될 수 있다.In some embodiments, two or more light sources may be used. For example, two or more lasers having different wavelengths (eg, wavelengths in the IR range) may be included in the LiDAR system and may be used at different times to provide light to the SLM. The laser used as the light source, and thus the wavelength of the light used to form the footprint of the light, may be changed depending on the ambient conditions to provide improved light penetration, such as when fog or other bad weather conditions are detected.

실시예들에서, 라이다 시스템은 상이한 거리 범위에서 스캐닝을 수행 할 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서, 라이다 시스템의 홀로그램 제어기는 각각의 거리 범위에 대해 장면을 스캐닝 하기 위해 SLM에 홀로그램들을 상이한 시간 시퀀스로 제공할 수 있다. 특히, SLM에 제공되는 홀로그램 데이터는, (예를 들어, 전술한 바와 같이, 컴퓨터 생성 홀로그램을 재구성하는데 사용되는 푸리에 변환 렌즈에 대응하는 렌즈화 기능을 조정함으로써, 또는 렌즈 데이터 내의 대응하는 렌즈 데이터를 변경함으로써) 광 푸트프린트는 요구된 거리 또는 범위에 대응하는 재생 평면에 집중되도록 결정될 수 있다. 다른 실시예들에서, 물리적인 푸리에 변환 렌즈는 필요한 거리 또는 범위에 대응하는 재생 평면에 광 푸트프린트를 집중시키도록 선택 될 수 있다. 따라서, 실시예들에서, 광 푸트프린트 또는 광 푸트프린트를 형성하는 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램과 관련된 파라미터 또는 요소는 거리 범위에 기초하여 결정된다고 볼 수 있다. 특히, 상기 결정은 광 푸트프린트가 거리 범위에 대응하는 거리에 포커싱 되게 하는 것이다.In embodiments, the lidar system may perform scanning at different distance ranges. For example, in embodiments, the hologram controller of the lidar system may provide holograms to the SLM in different time sequences to scan the scene for each distance range. In particular, the hologram data provided to the SLM can be used to adjust the lensing function corresponding to the Fourier transform lens used to reconstruct the computer generated hologram (e.g., as described above), or the corresponding lens data in the lens data. By changing) the optical footprint can be determined to be concentrated in the reproduction plane corresponding to the required distance or range. In other embodiments, the physical Fourier transform lens can be selected to focus the optical footprint on a reproduction plane corresponding to the required distance or range. Thus, in embodiments, it can be seen that a parameter or element associated with an optical footprint or a plurality of computer generated holograms forming the optical footprint is determined based on a distance range. In particular, the determination is such that the optical footprint is focused at a distance corresponding to the distance range.

특정 범위에 대하여 적절한 렌즈화 기능/데이터 또는 물리적 푸리에 변환 렌즈는 범위 선택 신호에 응답하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 범위 선택 신호는 사용자에 의해 수동으로 제공 될 수도 있고, 또는 미리 결정된 조건이 감지될 때 자동으로 제공 될 수도 있다. 범위를 선택하는 것은 차량 속도, 교통 밀도 또는 다른 운전 요인 또는 조건에 기초 할 수 있다. 차량이 더 빠른 속도로 주행 한다면 더 장거리 스캐닝을 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 고속도로 주행에는 장거리가 선호 될 수 있으며, 교통이 혼잡한 도심 주행에는 근거리가 바람직할 수 있다. 따라서, 실시예들에서, 거리 범위는 수신된 신호에 기초하여 선택되게 된다. 실시예들에서, 거리 범위는 차량 속도; 주위 조건; 기상 조건; 교통 조건 및 기타 운전 매개 변수들 중 하나 이상을 기초로 결정된다.The appropriate lensing function / data or physical Fourier transform lens for a particular range can be determined in response to the range selection signal. For example, the range selection signal may be provided manually by the user, or may be automatically provided when a predetermined condition is detected. Selecting the range may be based on vehicle speed, traffic density or other driving factors or conditions. If the vehicle is traveling at higher speeds, it may be desirable to select longer distance scanning. For example, long distances may be preferred for highway driving, and short distances may be preferable for urban driving with heavy traffic. Thus, in embodiments, the range of distances is to be selected based on the received signal. In embodiments, the distance range may be vehicle speed; Ambient conditions; Weather conditions; It is determined based on one or more of the traffic conditions and other driving parameters.

제1, 제2 및 제3 그룹의 실시예들이 대략적으로 그리고 개별적으로 개시되었지만, 임의의 실시예 또는 실시예 그룹에 대한 임의의 특징들은 임의의 실시예 또는 실시예 그룹에 대한 다른 임의의 특징 또는 특징의 조합과 결합될 수 있다. 즉, 본 개시에 기술된 특징들의 모든 가능한 조합물 및 치환물이 고려될 수 있다.Although embodiments of the first, second, and third groups have been disclosed approximately and individually, any features for any embodiment or group of embodiments may be any other feature or for any embodiment or group of embodiments, or It can be combined with a combination of features. That is, all possible combinations and substitutions of the features described in this disclosure can be considered.

실시예들에서, 제1 광 푸트프린트는 제1 파장의 광으로 형성 될 수 있고 제2 광 푸트프린트는 제2 파장의 광으로 형성 될 수 있다. 실시예들에서, 제1 스캐닝은 제1 파장의 광을 사용하여 수행 될 수 있고 제2 스캐닝은 제2 파장의 광을 사용하여 수행 될 수 있다. 실시예들에서, 제1 및 제2 파장은 상이한 색인 가시 광선이다. 실시예들에서, 제1 및 제2 파장 중 하나 또는 둘 모두는 적외선이며 상이한 파장이다.In embodiments, the first optical footprint may be formed of light of a first wavelength and the second optical footprint may be formed of light of a second wavelength. In embodiments, the first scanning may be performed using light of the first wavelength and the second scanning may be performed using light of the second wavelength. In embodiments, the first and second wavelengths are different index visible light. In embodiments, one or both of the first and second wavelengths are infrared and of different wavelengths.

실시예들에서, 시스템은 제1 광 푸트프린트를 형성하기 위한 제1 공간 광 변조기 및 제2 광 푸트프린트를 형성하기 위한 제2 공간 광 변조기를 포함한다. 다른 실시예들에서, 단일 공간 광 변조기가 사용된다. 예를 들어, 실시예들에서, 공간 광 변조기의 제1 영역은 제1 광 푸트프린트를 형성하는 홀로그램에 할당되고, 공간 광 변조기의 제2 영역은 제2 광 푸트프린트를 형성하는 홀로그램에 할당된다.In embodiments, the system includes a first spatial light modulator for forming a first optical footprint and a second spatial light modulator for forming a second optical footprint. In other embodiments, a single spatial light modulator is used. For example, in embodiments, the first region of the spatial light modulator is assigned to the hologram forming the first optical footprint, and the second region of the spatial light modulator is assigned to the hologram forming the second optical footprint. .

홀로그래픽 재구성의 품질은 픽셀화된 공간 광 변조기를 사용하는 회절 속성에 의해 유발되는 소위 0차수 문제(zero-order problem) 에 의해 영향을 받을 수 있다. 이러한 0 차수 광은 "잡음"으로 간주될 수 있으며, 예를 들어, 정반사 된 광(즉, 비 회절광) 및 SLM으로부터 오는 다른 원하지 않은 광을 포함한다.The quality of holographic reconstruction can be influenced by the so-called zero-order problem caused by the diffraction properties using a pixelated spatial light modulator. Such zero order light may be considered “noise” and includes, for example, specularly reflected light (ie, non diffracted light) and other unwanted light from the SLM.

푸리에 홀로그래피인 예시에서, 이 "노이즈"는 푸리에 렌즈의 초점에 초점이 맞추어 지며, 이로써, "DC 지점(DC spot)"이라고 알려진, 홀로그래픽 재구성의 중앙에 밝은 지점을 야기한다. 0 차수 광은 간단히 차폐 될 수는 있으나 이는 밝은 지점이 어두운 지점으로 교체되어야 하는 것을 의미한다. 실시예들은 0 차수인 평행 광선만을 제거하는 각도 선택 필터를 포함한다. 또한, 실시예들은 유럽 특허 제2,030,072 호에 개시된 0 차수 (zero-order)를 관리하는 방법을 포함하며, 이는 본 명세서에 전체로서 원용되어 통합된다. 다른 실시예들에서, 공간 광 변조기는 발산 광으로 조명되며, 이로써, 광 푸트푸린트를 형성하는 회절된 광이 재생면에서 초점이 잡히나 0 차 광(회절되지 않음)은 계속 발산하게 된다. 따라서, 0 차광은 효과적으로 분산된다.In the example of Fourier holography, this “noise” is focused on the Fourier lens' focus, thereby causing a bright spot in the center of the holographic reconstruction, known as the “DC spot”. Zero-order light can simply be shielded, but this means that the bright spot should be replaced by the dark spot. Embodiments include an angle selection filter that removes only parallel rays of order 0. Embodiments also include a method for managing the zero-order disclosed in European Patent No. 2,030,072, which is incorporated herein by reference in its entirety. In other embodiments, the spatial light modulator is illuminated with divergent light, whereby the diffracted light forming the optical footfurt is focused at the reproduction plane but the zero order light (not diffracted) continues to diverge. Thus, zero shading is effectively dispersed.

본 명세서에 기술된 실시예들은 공간 광 변조기 상에 프레임 당 하나의 홀로그램을 디스플레이 하는 것을 포함하지만, 본 개시는 이로 결코 제한되지 않으며, 둘 이상의 홀로그램이 한 번에 SLM 상에 디스플레이 될 수도 있다. 예를 들어, 실시예들은 "타일링(tiling)"기술을 구현하며, 여기서, SLM의 표면 영역은 다수의 타일로 더 분할되고, 각각의 타일은 본래의 타일의 것과 유사하거나 동일한 위상 분포로 설정된다. 이에, SLM의 전체 할당 영역들이 하나의 큰 위상 패턴으로 사용 된 경우 보다 각각의 타일이 더 작은 표면 영역을 갖게 된다. 타일 내의 주파수 성분의 개수가 더 적을수록, 이미지가 생성 될 때 재구성된 픽셀들이 더 많이 분리된다. 이미지는 0 차 회절 차수 내에서 생성되며, 1차 및 그 이상 차수는, 이미지와 중첩되지 않도록 충분히 멀리 배치되며 공간 필터를 통해 차단 될 수 있는 것이 바람직하다.Embodiments described herein include displaying one hologram per frame on a spatial light modulator, but the present disclosure is by no means limited thereto, and two or more holograms may be displayed on the SLM at one time. For example, embodiments implement a "tiling" technique, where the surface area of the SLM is further divided into multiple tiles, each tile being set to a phase distribution that is similar or identical to that of the original tile. . Thus, each tile has a smaller surface area than if all SLMs of the SLM were used in one large phase pattern. The fewer the number of frequency components in the tile, the more the reconstructed pixels are separated when the image is created. The image is generated within the zeroth diffraction order, and the first and higher orders are preferably placed far enough so that they do not overlap the image and can be blocked through a spatial filter.

전술한 바와 같이, 이 방법에 의해 생성된 홀로그래픽 재구성(타일링 적용 또는 비적용됨)은 이미지 픽셀을 형성하는 지점들(spots)을 포함한다. 사용되는 타일의 개수가 많을수록 이러한 지점들은 적어진다. 무한 사인파의 푸리에 변환의 예를 적용한다면, 단일 주파수가 생성된다. 이것은 최적의 출력이다. 실제로, 이는, 단지 하나의 타일만 사용되는 경우, 사인파의 끝단 노드들로부터 무한대까지 양 및 음의 방향으로 0 값이 확장되는 사인파의 단일 사이클 입력에 대응된다. 그 푸리에 변환으로부터 생성되는 단일 주파수 대신에, 주요 주파수 성분은 그 양측의 인접 주파수의 시리즈 성분들로 생성된다. 타일링을 사용함으로써 이러한 인접 주파수 성분의 크기가 줄어들고 그 직접적인 결과로서 인접한 이미지 픽셀 간에 간섭(건설적이기도 파괴적이기도 함)이 적게 발생하여 이미지 품질이 향상된다. 바람직하게는, 실시예들이 타일의 조각들을 사용하지만, 각각의 타일은 전체 타일이다.As mentioned above, the holographic reconstruction (with or without tiling) generated by this method includes spots that form an image pixel. The greater the number of tiles used, the fewer these points. Applying the example of Fourier transform of infinite sine wave, a single frequency is generated. This is the optimal output. In practice, this corresponds to a single cycle input of a sine wave where zero values extend in positive and negative directions from the end nodes of the sine wave to infinity, when only one tile is used. Instead of a single frequency generated from the Fourier transform, the main frequency component is produced as series components of adjacent frequencies on either side. By using tiling, the size of these adjacent frequency components is reduced and, as a direct result, less interference (both constructive and destructive) between adjacent image pixels results in improved image quality. Preferably, embodiments use pieces of a tile, but each tile is an entire tile.

본 명세서에 기술된 방법 및 프로세스는 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 구현 될 수 있다. 용어 "컴퓨터 판독 가능 매체"는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 버퍼 메모리, 플래시 메모리 및 캐시 메모리와 같이 데이터를 일시적으로 또는 영구적으로 저장하도록 구성된 매체를 포함한다. 또한, "컴퓨터 판독 가능 매체"라는 용어는 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 명령어가 기계를 실행하게 하는 것과 같이, 기계에 의한 실행을 위한 명령어를 저장할 수 있는 임의의 매체 또는 다중 매체의 조합을 포함하며, 본 명세서에 설명된 방법론 중 하나 이상을 전체적으로 또는 부분적으로 수행 할 수 있는 것일 수 있다.The methods and processes described herein can be implemented on a computer readable medium. The term “computer readable medium” includes media configured to temporarily or permanently store data, such as random access memory (RAM), read-only memory (ROM), buffer memory, flash memory, and cache memory. The term "computer-readable medium" also includes any medium or combination of media that can store instructions for execution by a machine, such as when executed by one or more processors, cause the instructions to execute a machine. And may be capable of performing one or more of the methodologies described herein in whole or in part.

"컴퓨터 판독 가능 매체"라는 용어는 또한 클라우드 기반 스토리지 시스템을 포함한다. "컴퓨터 판독 가능 매체"라는 용어는, 이에 한정되는 것은 아니나, 예시적 형태로서 솔리드 스테이트 메모리 칩, 광학 디스크, 자기(magnetic) 디스크, 또는 그 임의의 적절한 조합 내 하나 이상의 실재하며 비-일시적인 데이터 저장소들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 실행을 위한 명령어들은 전송 매체에 의해 전달 될 수 있다. 이러한 전송 매체의 예는 일시적인 매체(예를 들어, 명령을 전달하는 전파 신호)를 포함한다.The term "computer readable medium" also includes cloud-based storage systems. The term “computer readable medium” is, but is not limited to, one or more real and non-transitory data storage in a solid state memory chip, an optical disk, a magnetic disk, or any suitable combination thereof. Include them. In some embodiments, instructions for execution can be conveyed by a transmission medium. Examples of such transmission media include transitory media (e.g., radio signals carrying commands).

첨부된 특허청구범위의 범주를 벗어나지 않으면서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있으며 이는 당업자에게 명백 할 것이다. 본 개시는 첨부된 청구항들 및 그 균등물의 범위 내의 모든 변경 및 변형을 포함한다.Various modifications and variations can be made without departing from the scope of the appended claims, which will be apparent to those skilled in the art. The present disclosure is intended to embrace all such alterations and modifications as come within the scope of the appended claims and their equivalents.

다음의 항목들이 개시된다.The following items are disclosed.

항목 1. 장면을 스캐닝하도록 배치된 광 검출 및 측량용 라이다 시스템에 있어서,Item 1. A lidar system for light detection and surveying arranged to scan a scene, the system comprising:

제 1 특성을 갖는 광을 출력하도록 배치된 광원;A light source arranged to output light having a first characteristic;

광원으로부터 광을 수신하도록 배치된 공간 광 변조기("SLM")로서, 상기 공간 광 변조기 상에 표현된 컴퓨터 생성 홀로그램에 따라 공간 변조된 광을 출력하도록 배치된 공간 광 변조기;A spatial light modulator ("SLM") arranged to receive light from a light source, said spatial light modulator ("SLM") comprising: a spatial light modulator arranged to output spatially modulated light according to a computer-generated hologram represented on said spatial light modulator;

복수의 컴퓨터 생성 홀로그램을 상기 공간 광 변조기로 출력하도록 배치된 홀로그램 제어기로서, 각각의 컴퓨터 생성 홀로그램이 상기 장면 내에서 대응하는 광 푸트프린트(light footprint)를 형성하도록 배치되며 상기 홀로그램 제어기가 상기 장면 내에서 상기 광 푸트프린트의 위치를 변경하도록 배치되는, 홀로그램 제어기; 및A hologram controller arranged to output a plurality of computer generated holograms to the spatial light modulator, wherein each computer generated hologram is arranged to form a corresponding light footprint within the scene, the hologram controller in the scene; A hologram controller disposed to change the position of the optical footprint in the apparatus; And

상기 장면으로부터 제 1 특성을 갖는 광을 수신하며 광 응답 신호를 출력하도록 배치된 광 검출기를 포함하는 라이다 시스템.A light detector arranged to receive light having a first characteristic from the scene and to output a light response signal.

항목 2. 제1 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램은 상기 장면 내에서 제 1 스캐닝을 제공하도록 배치된 복수의 제1 컴퓨터 생성 홀로그램을 포함하고, 상기 홀로그램 제어기는 상기 제1 스캐닝에 응답하여 상기 광 응답 신호를 수신하며 상기 제1 스캐닝에 응답한 상기 광 응답의 속성을 기초로 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 결정하는 라이다 시스템.Item 2. The lidar system defined in item 1, wherein the plurality of computer generated holograms comprise a plurality of first computer generated holograms arranged to provide first scanning within the scene, wherein the hologram controller A lidar system that receives the optical response signal in response to a first scanning and determines a plurality of second computer-generated holograms based on attributes of the optical response in response to the first scanning.

항목 3. 제2 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램은 상기 장면 내에서 제 2 스캐닝을 제공하도록 배치되는 라이다 시스템.Item 3. The lidar system defined in item 2, wherein the plurality of second computer-generated holograms are arranged to provide a second scanning within the scene.

항목 4. 제3 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 스캐닝은 상기 장면의 제1 영역에 대한 스캐닝이고 상기 제 2 스캐닝은 상기 장면의 제 2 영역에 대한 스캐닝인 라이다 시스템.Item 4. The lidar system defined in item 3, wherein the first scanning is scanning of a first area of the scene and the second scanning is scanning of a second area of the scene.

항목 5. 제 3 항목 또는 제 4 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제 1 스캐닝은 상기 장면의 제 1 영역을 제 1 방향으로의 스캐닝하는 것이고, 상기 제 2 스캐닝은 상기 장면의 제 1 영역을 제 2 방향으로 스캐닝 하는 것인 라이다 시스템.Item 5. The lidar system defined in item 3 or 4, wherein the first scanning is scanning a first area of the scene in a first direction, and the second scanning is a first of the scene. A lidar system for scanning an area in a second direction.

항목 6. 제 2 항목 내지 제5 항목 중 어느 한 항에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 복수의 제1 컴퓨터 생성 홀로그램은 제1 영역을 갖는 제1 광 발자국을 형성하도록 배치되고, 상기 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램은 제2 영역을 갖는 제2 광 푸트프린트를 형성하도록 배치되고, 상기 제1 영역 및 제2 영역은 상이한 영역인 라이다 시스템.Item 6. The lidar system as defined in any one of items 2 to 5, wherein the plurality of first computer-generated holograms are arranged to form a first optical footprint having a first area, the plurality of The second computer-generated hologram is arranged to form a second optical footprint having a second area, wherein the first area and the second area are different areas.

항목 7. 제6 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 광 푸트프린트는 제2 방향으로 연장되는 실질적으로 1 차원적 형상을 갖고, 상기 제2 광 푸트프린트는 제1 방향으로 연장되는 실질적으로 1 차원적 형상을 갖는 라이다 시스템.Item 7. The lidar system defined in item 6, wherein the first optical footprint has a substantially one-dimensional shape extending in a second direction, wherein the second optical footprint extends in a first direction Lidar system having a substantially one-dimensional shape.

항목 8. 제1 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램은 상기 장면 내 제1 위치에서 제1 광 푸트프린트를 형성하도록 배치된 제1 컴퓨터 생성 홀로그램 및 상기 장면 내 제2 위치에서 제2 광 푸트프린트를 형성하도록 배치된 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 포함하며, 상기 제2 컴퓨터 생성 홀로그램의 출력은 상기 제1 컴퓨터 생성 홀로그램의 출력의 바로 다음에 있는 라이다 시스템.Item 8. The lidar system defined in item 1, wherein the plurality of computer generated holograms are arranged to form a first optical footprint at a first location in the scene and a second in the scene. A second computer-generated hologram disposed to form a second optical footprint at a position, wherein the output of the second computer-generated hologram is immediately following the output of the first computer-generated hologram.

항목 9. 제8 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 위치는 상기 제2 위치와 공간적으로 분리되는 라이다 시스템.Item 9. The lidar system as defined in item 8, wherein the first position is spatially separated from the second position.

항목 10. 제9 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 위치는 상기 제2 위치에 실질적으로 인접하는 라이다 시스템.Item 10. A lidar system as defined in item 9, wherein the first position is substantially adjacent to the second position.

항목 11. 제8 항목 내지 제10 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 광 푸트프린트는 상기 장면 내에서 상기 광 푸트프린트를 스캐닝하도록 계속적으로 재위치 설정되는 라이다 시스템.Item 11. The lidar system as defined in any of items 8 to 10, wherein the optical footprint is continuously repositioned to scan the optical footprint within the scene.

항목 12. 제8 항목 내지 제11 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 광 푸트프린트는 제1 영역을 가지며 상기 제2 광 푸트프린트는 제2 영역을 가지며, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 상이한 영역인 라이다 시스템.Item 12. The lidar system as defined in any of items 8 to 11, wherein the first optical footprint has a first area and the second optical footprint has a second area. Lidar system in which the first region and the second region is a different region.

항목 13. 제8 항목 내지 제12 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 광 푸트프린트는 제1 형상을 갖고 상기 제2 광 푸트프린트는 제2 형상을 갖고, 상기 제1 형상은 상기 제2 형상과 상이한 형상인 라이다 시스템.Item 13. The lidar system defined in any one of items 8 to 12, wherein the first optical footprint has a first shape and the second optical footprint has a second shape, The first shape is a lidar system different from the second shape.

항목 14. 제8 항목 내지 제13 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 광 푸트프린트는 제1 배향을 갖는 형상을 가지며 상기 제2 광 푸트프린트는 제2 배향을 갖는 형상을 가지며, 상기 제1 배향 및 상기 제2 배향은 상이한 방향인 라이다 시스템.Item 14. The lidar system as defined in any of items 8 to 13, wherein the first optical footprint has a shape having a first orientation and the second optical footprint has a second orientation. A lidar system having a shape, wherein the first orientation and the second orientation are in different directions.

항목 15. 제14 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 형상은 실질적으로 1차원적 형상인 라이다 시스템.Item 15. A lidar system as defined in item 14, wherein the shape is a substantially one-dimensional shape.

항목 16. 제14 항목 내지 제15 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 배향은 상기 제2 배향과 수직한 라이다 시스템.Item 16. The lidar system as defined in items 14-15, wherein the first orientation is perpendicular to the second orientation.

항목 17. 제1 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램은 상기 장면 내에 제1 스캐닝을 제공하도록 배치된 복수의 제1 컴퓨터 생성 홀로그램 및 상기 장면 내에 제2 스캐닝을 제공하도록 배치된 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 포함하는 라이다 시스템Item 17. The lidar system defined in item 1, wherein the plurality of computer generated holograms are configured to provide a plurality of first computer generated holograms arranged to provide a first scanning in the scene and a second scanning in the scene. Lidar system including a plurality of second computer-generated holograms disposed

항목 18. 제 17항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 복수의 제1 컴퓨터 생성 홀로그램 및 상기 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램은 인터리빙 되는 라이다 시스템.Item 18. A lidar system as defined in item 17, wherein the plurality of first computer generated holograms and the plurality of second computer generated holograms are interleaved.

항목 19. 제 17항목 또는 제18 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 스캐닝은 상기 장면의 제1 영역에 대한 스캐닝이고, 상기 제2 스캐닝은 상기 장면의 제2 영역에 대한 스캐닝인 라이다 시스템.Item 19. The lidar system defined in item 17 or 18, wherein the first scanning is scanning of a first area of the scene and the second scanning is scanning of a second area of the scene. Lidar system.

항목 20. 제19 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역과 공간적으로 분리되는 라이다 시스템.Item 20. A lidar system as defined in item 19, wherein the second region is spatially separated from the first region.

항목 21. 제19 항목 또는 제20 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램은, 공간 변조된 광을 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 사이에서 전후방으로 이동시킴으로써 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 스캐닝하도록 배치되는 라이다 시스템.Item 21. The lidar system as defined in item 19 or 20, wherein the plurality of computer generated holograms move the space modulated light back and forth between the first area and the second area. And a lidar system arranged to scan the second area.

항목 22. 제17 항목 내지 제21 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 스캐닝을 수행하도록 배치된 상기 복수의 제1 컴퓨터 생성 홀로그램은 상기 장면 내에서 복수의 랜덤한 위치들에 광 푸트프린트를 형성하도록 배치되는 라이다 시스템.Item 22. The lidar system defined in any of items 17 to 21, wherein the plurality of first computer-generated holograms arranged to perform the first scanning comprises a plurality of random locations within the scene. A lidar system arranged to form an optical footprint in the fields.

항목 23. 제22 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 스캐닝은 연속적인 라이다 시스템.Clause 23. A lidar system as defined in clause 22, wherein the first scanning is a continuous lidar system.

항목 24. 제22 항목 또는 제23 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램은 상기 장면 내의 영역을 제2 스캐닝 하는 것을 수행하도록 배치되는 라이다 시스템.Item 24. A lidar system as defined in item 22 or 23, wherein the plurality of second computer-generated holograms are arranged to perform a second scanning of an area within the scene.

항목 25. 제24 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 스캐닝에 응답하여 광 응답 신호의 속성을 기초로 상기 영역을 결정하는 라이다 시스템.Item 25. A lidar system as defined in item 24, wherein the lidar system determines the area based on attributes of an optical response signal in response to the first scanning.

항목 26. 제17 항목 내지 제25 항목 중 어느 한 항에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 스캐닝은 제1 방향으로 스캐닝하는 것이고 상기 제2 스캐닝은 제2 방향으로 스캐닝 하는 것인 라이다 시스템.Item 26. The lidar system as defined in any one of items 17 to 25, wherein the first scanning is scanning in a first direction and the second scanning is scanning in a second direction. system.

항목 27. 제17 항목 내지 제26 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 복수의 제1 컴퓨터 생성 홀로그램은 제1 영역을 갖는 제1 광 푸트프린트를 형성하도록 배치되고 상기 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램은 제2 영역을 갖는 제2 광 푸트프린트를 형성하도록 배치되고, 제1 영역 및 제2 영역은 상이한 라이다 시스템.Item 27. The lidar system defined in any of items 17 to 26, wherein the plurality of first computer-generated holograms are arranged to form a first optical footprint having a first area and the plurality of The second computer-generated hologram is arranged to form a second optical footprint having a second area, the first area and the second area being different liars.

항목 28. 제27 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 광 푸트프린트는 실질적으로 1차원 형상을 가지며 제2 방향으로 연장하고, 상기 제2 광 푸트프린트는 실질적으로 1차원 형상을 가지며 제1 방향으로 연장하는 라이다 시스템.Item 28. The lidar system defined in item 27, wherein the first optical footprint has a substantially one-dimensional shape and extends in a second direction, wherein the second optical footprint has a substantially one-dimensional shape Lidar system extending in the first direction.

항목 29. 제1 항목 내지 제28 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 각각의 컴퓨터 생성 홀로그램은 위상 한정 홀로그램인 라이다 시스템.Item 29. The lidar system as defined in items 1 to 28, wherein each computer-generated hologram is a phase limited hologram.

항목 30. 제1 항목 내지 제29 항목 중 어느 한 항에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 공간 광 변조기에 의해 출력된 상기 공간 변조된 광은 라이다 시스템에 대해 고유한 코드로 인코딩되는 라이다 시스템.Item 30. The lidar system as defined in any of clauses 1 to 29, wherein the spatially modulated light output by the spatial light modulator is a li encoded to a code unique to the lidar system. system.

항목 31. 제30 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 공간 광 변조기에 의해 출력된 상기 공간 변조 광은 광 진폭을 변조함으로써 인코딩되는 라이다 시스템.Item 31. A lidar system as defined in item 30, wherein the spatially modulated light output by the spatial light modulator is encoded by modulating an optical amplitude.

항목 32. 제1 항목 내지 제31 항목 중 어느 한 항에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 공간 광 변조기에 상이한 파장의 광을 출력하도록 구성된 제1 광원 및 제2 광원을 포함하는 라이다 시스템.Item 32. A lidar system as defined in any of items 1 to 31, comprising a first light source and a second light source configured to output light of different wavelengths to the spatial light modulator.

항목 33. 제32 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 광원 및 상기 제2 광원은 주변 조건을 기초로 선택되는 라이다 시스템.Item 33. The lidar system as defined in item 32, wherein the first light source and the second light source are selected based on ambient conditions.

항목 34. 제1 항목 내지 제33 항목 중 어느 한 항에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 광 푸트프린트, 또는 상기 광 푸트프린트를 형성하는 상기 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램에 관한 파라미터 또는 요소가 수신된 신호를 기초로 결정되는 라이다 시스템.Item 34. The lidar system as defined in any of items 1 to 33, wherein the optical footprint or parameters or elements relating to the plurality of computer-generated holograms forming the optical footprint are received. Lidar system determined based on signal.

항목 35. 제34 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 수신된 신호는 차량 속도; 주변 조건; 기후 조건; 교통 조건 및 다른 운전 파라미터들 중 하나 이상의 지표를 제공하는 라이다 시스템.Item 35. The lidar system defined in item 34, wherein the received signal is a vehicle speed; Ambient conditions; Climatic conditions; Lidar system that provides an indication of one or more of traffic conditions and other driving parameters.

항목 36. 제1 항목 내지 제35 항목 중 어느 한 항에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 광 푸트프린트, 또는 상기 광 푸트프린트를 형성하는 상기 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램에 관한 파라미터 또는 요소가 거리 범위를 기초로 결정되는 라이다 시스템.Item 36. The lidar system as defined in any of items 1 to 35, wherein a parameter or element relating to the optical footprint or the plurality of computer-generated holograms forming the optical footprint is a distance range. Lidar system determined based on.

항목 37. 제36 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 광 푸트프린트, 또는 상기 광 푸트프린트를 형성하는 상기 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램에 관한 파라미터가 광 푸트프린트를 거리 범위에 대응하는 거리에 초점을 갖도록 결정되는 라이다 시스템.Item 37. The lidar system defined in item 36, wherein the parameters relating to the optical footprint or the plurality of computer-generated holograms forming the optical footprint focus an optical footprint at a distance corresponding to a distance range. Lidar system that is determined to have.

항목 38. 제36 항목 또는 제37 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 거리 범위는 차량 속도; 주변 조건; 기후 조건; 교통 조건 및 다른 운전 파라미터 중 하나 이상을 기초로 선택되는 라이다 시스템.Item 38. The lidar system defined in item 36 or item 37, wherein the range of distances is determined by vehicle speed; Ambient conditions; Climatic conditions; Lidar system selected based on one or more of traffic conditions and other driving parameters.

항목 39. 제1 항목 내지 제38 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 공간 광 변조기로부터 오는 상기 공간 변조된 광의 각도 편향을 확대하도록 배치된 각도 확대 시스템을 더 포함하는 라이다 시스템.Item 39. A lidar system as defined in any of items 1 to 38, further comprising an angle enlargement system arranged to enlarge the angle deflection of the spatially modulated light coming from the spatial light modulator. system.

항목 40. 제39 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 각도 확대 시스템은 상기 공간 변조된 광을 굴절시키도록 배치되는 라이다 시스템.Item 40. The lidar system as defined in item 39, wherein the angular magnification system is arranged to refract the spatially modulated light.

항목 41. 제39 항목 또는 제40 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 각도 확대 시스템은 제1 각도로 상기 공간 변조된 광을 수신하며 상기 공간 변조된 광을 제2 각도로 출력하도록 배치되고, 상기 제2 각도는 상기 제1 각도 보다 큰 라이다 시스템.Item 41. The lidar system defined in item 39 or 40, wherein the angle expanding system is arranged to receive the spatially modulated light at a first angle and output the spatially modulated light at a second angle; And the second angle is greater than the first angle.

항목 42. 제1 항목 내지 제41 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 특성은 제1 주파수에서 진폭 변조되는 것인 라이다 시스템.Clause 42. A lidar system as defined in any of clauses 1 to 41, wherein the first characteristic is amplitude modulated at a first frequency.

항목 43. 제1 항목 내지 제42 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 광은 펄스화된 것인 라이다 시스템.Item 43. The lidar system as defined in any of items 1 to 42, wherein the light is pulsed.

항목 44. 제1 항목 내지 제31 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 공간 광 변조기는 실리콘 상의 액정("LCOS")인 공간 광 변조기인 라이다 시스템.Item 44. The lidar system as defined in any of items 1 to 31, wherein the spatial light modulator is a spatial light modulator that is a liquid crystal on silicon ("LCOS").

항목 45. 제1 항목 내지 제44 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 각각의 컴퓨터 생성 홀로그램은 상기 광 푸트프린트의 크기 및 형상을 정의하는 제1 홀로그램 데이터 및 상기 장면 내에서 상기 광 푸트프린트의 위치를 정의하는 제2 홀로그램 데이터를 포함하는 라이다 시스템.Item 45. The lidar system defined in any of items 1 through 44, wherein each computer-generated hologram comprises first hologram data defining the size and shape of the optical footprint and the image within the scene. A lidar system including second hologram data defining a location of an optical footprint.

항목 46. 제1 항목 내지 제45 항목 중 어느 한 항에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 홀로그램 데이터는 렌즈화 기능을 포함하는 라이다 시스템.Item 46. The lidar system as defined in any of items 1 to 45, wherein the first hologram data comprises a lenticular function.

항목 47. 제1 항목 내지 제46 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제2 홀로그램 데이터는 그레이팅 기능(grating function)을 포함하는 라이다 시스템.Item 47. A lidar system as defined in any of items 1 to 46, wherein the second hologram data comprises a grating function.

항목 48. 제1 항목 내지 제47 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램 중 제1 컴퓨터 생성 홀로그램에 대응하는 제1 공간 변조된 광을 출력하고, 객체로부터 반사된 제1 공간 변조된 광을 검출하는 시간차를 측정함으로써, 상기 라이다 시스템으로부터 상기 장면 내 객체까지의 거리를 결정하도록 배치된 프로세서를 더 포함하는 라이다 시스템.Item 48. The lidar system defined in any of items 1 to 47, wherein the lidar system outputs a first spatially modulated light corresponding to the first computer generated hologram of the plurality of computer generated holograms and reflects from the object. And a processor arranged to determine a distance from the lidar system to an object in the scene by measuring a time difference for detecting the first spatially modulated light.

항목 49. 제1 항목 내지 제48 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 광 검출기는 단일 광 검출 소자 또는 광 검출 소자들의 어레이 중 하나를 포함하는 라이다 시스템.Item 49. A lidar system as defined in any of items 1 to 48, wherein the light detector comprises one of a single photodetector element or an array of photodetection elements.

항목 50. 제1 항목 내지 제49 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 공간 광 변조기 및 광 검출기 중 하나 이상은 차량 또는 휴대용 기기의 램프 유닛(lamp unit) 내부에 위치되는 라이다 시스템.Item 50. A lidar system as defined in any of items 1 to 49, wherein at least one of the spatial light modulator and the light detector is a li located within a lamp unit of a vehicle or a portable device. system.

항목 51. 제1 항목 내지 제50 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템을 포함하는 램프 유닛.Item 51. A lamp unit comprising a lidar system as defined in any of items 1 to 50.

항목 52. 제1 항목 내지 제51 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템을 포함하는 차량.Item 52. A vehicle comprising a lidar system as defined in any of items 1 through 51.

Claims (12)

장면을 스캐닝하도록 배치된 광 검출 및 측량용 라이다 시스템에 있어서,
제 1 특성을 갖는 광을 출력하도록 배치된 광원;
광원으로부터 광을 수신하도록 배치된 공간 광 변조기("SLM")로서, 상기 공간 광 변조기 상에 표현된 컴퓨터 생성 홀로그램에 따라 공간 변조된 광을 출력하도록 배치된 공간 광 변조기;
복수의 컴퓨터 생성 홀로그램을 상기 공간 광 변조기로 출력하도록 배치된 홀로그램 제어기로서, 각각의 컴퓨터 생성 홀로그램이 상기 장면 내에서 대응하는 광 푸트프린트(light footprint)를 형성하도록 배치되며 상기 홀로그램 제어기가 상기 장면 내에서 상기 광 푸트프린트의 위치를 변경하도록 배치되는, 홀로그램 제어기; 및
상기 장면으로부터 제 1 특성을 갖는 광을 수신하며 광 응답 신호를 출력하도록 배치된 광 검출기
를 포함하는 라이다 시스템.
A lidar system for light detection and surveying arranged to scan a scene, the system comprising:
A light source arranged to output light having a first characteristic;
A spatial light modulator ("SLM") arranged to receive light from a light source, said spatial light modulator ("SLM") comprising: a spatial light modulator arranged to output spatially modulated light according to a computer-generated hologram represented on said spatial light modulator;
A hologram controller arranged to output a plurality of computer generated holograms to the spatial light modulator, wherein each computer generated hologram is arranged to form a corresponding light footprint within the scene, the hologram controller in the scene; A hologram controller disposed to change the position of the optical footprint in the apparatus; And
A photo detector arranged to receive light having a first characteristic from the scene and to output a light response signal
Lidar system comprising a.
제1 항에 있어서, 상기 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램은 상기 장면 내에서 제 1 스캐닝을 제공하도록 배치된 복수의 제1 컴퓨터 생성 홀로그램을 포함하고, 상기 홀로그램 제어기는 상기 제1 스캐닝에 응답하여 상기 광 응답 신호를 수신하며 상기 제1 스캐닝에 응답한 상기 광 응답의 속성을 기초로 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 결정하는 라이다 시스템.The holographic controller of claim 1, wherein the plurality of computer generated holograms comprise a plurality of first computer generated holograms arranged to provide a first scanning in the scene, wherein the hologram controller is configured to respond to the optical scanning in response to the first scanning. A lidar system that receives a signal and determines a plurality of second computer-generated holograms based on attributes of the optical response in response to the first scanning. 제2 항에 있어서, 상기 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램은 상기 장면 내에서 제 2 스캐닝을 제공하도록 배치되는 라이다 시스템.The system of claim 2, wherein the plurality of second computer generated holograms are arranged to provide a second scanning in the scene. 제3 항에 있어서, 상기 제1 스캐닝은 상기 장면의 제1 영역에 대한 스캐닝이고 상기 제 2 스캐닝은 상기 장면의 제 2 영역에 대한 스캐닝인 라이다 시스템.4. The system of claim 3, wherein the first scanning is scanning of a first area of the scene and the second scanning is scanning of a second area of the scene. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 스캐닝은 상기 장면의 제 1 영역을 제 1 방향으로의 스캐닝하는 것이고, 상기 제 2 스캐닝은 상기 장면의 제 1 영역을 제 2 방향으로 스캐닝 하는 것인 라이다 시스템.5. The method of claim 3 or 4, wherein the first scanning is scanning the first area of the scene in a first direction, and the second scanning is scanning the first area of the scene in a second direction. Lidar system. 제 2 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 제1 컴퓨터 생성 홀로그램은 제1 영역을 갖는 제1 광 발자국을 형성하도록 배치되고, 상기 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램은 제2 영역을 갖는 제2 광 푸트프린트를 형성하도록 배치되고, 상기 제1 영역 및 제2 영역은 상이한 영역인 라이다 시스템.6. The method of any of claims 2 to 5, wherein the plurality of first computer generated holograms are arranged to form a first optical footprint having a first area, wherein the plurality of second computer generated holograms are second areas. And a first region and a second region, wherein the first region and the second region are different regions. 제6 항에 있어서, 상기 제1 광 푸트프린트는 제2 방향으로 연장되는 실질적으로 1 차원적 형상을 갖고, 상기 제2 광 푸트프린트는 제1 방향으로 연장되는 실질적으로 1 차원적 형상을 갖는 라이다 시스템.7. The system of claim 6, wherein the first optical footprint has a substantially one-dimensional shape extending in a second direction, and wherein the second optical footprint has a substantially one-dimensional shape extending in a first direction. Is system. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램은 상기 장면 내 제1 위치에서 제1 광 푸트프린트를 형성하도록 배치된 제1 컴퓨터 생성 홀로그램 및 상기 장면 내 제2 위치에서 제2 광 푸트프린트를 형성하도록 배치된 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 포함하며, 상기 제2 컴퓨터 생성 홀로그램의 출력은 상기 제1 컴퓨터 생성 홀로그램의 출력의 바로 다음에 있는 라이다 시스템.The computer-implemented hologram of claim 1, wherein the plurality of computer-generated holograms form a first computer-generated hologram arranged to form a first optical footprint at a first location in the scene and a second optical footprint at a second location in the scene. And a second computer-generated hologram, wherein the output of the second computer-generated hologram is immediately following the output of the first computer-generated hologram. 제8 항에 있어서, 상기 제1 위치는 상기 제2 위치와 공간적으로 분리되는 라이다 시스템.10. The system of claim 8, wherein the first location is spatially separated from the second location. 제9 항에 있어서, 상기 제1 위치는 상기 제2 위치에 실질적으로 인접하는 라이다 시스템.10. The system of claim 9, wherein the first location is substantially adjacent to the second location. 제8 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 푸트프린트는 상기 장면 내에서 상기 광 푸트프린트를 스캐닝하도록 계속적으로 재위치 설정되는 라이다 시스템.The system of claim 8, wherein the optical footprint is continuously repositioned to scan the optical footprint within the scene. 제8 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 광 푸트프린트는 제1 영역을 가지며 상기 제2 광 푸트프린트는 제2 영역을 가지며, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 상이한 영역인 라이다 시스템.12. The method of any one of claims 8-11, wherein the first optical footprint has a first region and the second optical footprint has a second region, wherein the first region and the second region are different. Lidar system that is an area.
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